Referenzbericht: Der High-Performance Rechner, der sich selbst kühlt

  • Einleitung
  • Technische Details und Beschreibung

Einleitung

Der Supercomputer SuperMUC-NG wurde gemeinsam vom Freistaat Bayern und dem Bund über das Gauss Centre for Supercomputing (GCS) finanziert und verfügt über eine Adsorptionskühlung (Abb.© Veronika Hohenegger/ LRZ )

Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften ist ein Pionier der Nutzung von Warmwasserkühlung im Hochleistungsrechner-Umfeld. Am LRZ ist seit 2018 eine neue Rechnergeneration der Firma Lenovo in Betrieb: der SuperMUC-NG. Der extrem leistungsfähige Supercomputer berechnet komplexe wissenschaftliche Modelle und Simulationen, die zum Beispiel unser Verständnis des Universums, des Klimawandels und der Auswirkung von Medikamenten verbessern. Mit einer theoretischen Spitzenleistung von 26,7 Petaflops hat der Rechner in November 2018 den Platz 8 in der TOP500 Liste der schnellsten Computer weltweit genommen. SuperMUC-NG wird gemeinsam vom Freistaat Bayern und dem Bund über das Gauss Centre for Supercomputing (GCS) finanziert.

Für die Rechnerleistung dieses Höchstleistungsrechners besteht ein hoher Bedarf an Strom und Kühlung: bis zu 4,3 MW. Die Prozessoren und Arbeitsspeicher-Karten des Rechners sind mit Warmwasser bei einer Temperatur von bis zu 55 °C im Rücklauf gekühlt. Netzteile und andere Teile des Rechners sind luftgekühlt. Dafür ist Kaltwasser mit einer Temperatur von ca. 20 °C nötig. Eine Adsorptionskältemaschine der Firma Fahrenheit ermöglicht die innovative und stromeffiziente Kühlung des Rechners: das Warmwasser aus den Prozessoren wird genutzt, um die Kälte für die luftgekühlten Teile zu erzeugen. Dieses Wärmerückgewinnungssystem spart sehr viel Strom für die Kühlung. Der Rechner kühlt sich somit selbst, da die vorhandene Wärme der Prozessoren, die Produktion vom Kaltwasser ermöglicht. Diese Stromeinsparung ermöglicht sowohl einen wirtschaftlichen als auch nachhaltigen Betrieb der Kühlinfrastruktur.

Daten und Fakten zum Projekt
Geschäftsfeld: Hochleistungscomputer
Anwendung: Wärmerückgewinnung und Adsorptionskühlung
Land/Ort: Deutschland / Garching bei München
Computerleistung: 26,7 Petaflops
Computereinheiten: Lenovo ThinkSystem SD650, 6480 Knoten
Abwärme / Temperatur (Warmwasser): Bis zu 4 MW / bis zu 55 °C am Rechneraustritt
Kaltwasserbedarf / Temperatur (Kaltwasser): Bis zu 0,6 MW / ca. 20 °C
Kälteverteilung: In-Row-Coolers & Rear-Door-Exchanger
Raumtemperatur / relative Feuchte: 27 °C / 40,8% r. F.
Adsorptionsanlage: 25 x eCoo 20X (Sondervariante) – Fahrenheit
Rückkühlung: 2 x Hybridrückkühler

Artikelnummer: cci92756

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2 Kommentare zu “Referenzbericht: Der High-Performance Rechner, der sich selbst kühlt

  1. Der Titel des Berichts – „..Rechner, der sich selbst kühlt..“ – ist etwas irreführend. Das klingt zuerst wie ein Perpetuum-Mobile. Nach den Gesetzen der Physik muss aber immer mehr vernichtet werden als genutzt werden kann. Hier fehlen die weiteren Angaben zu Einzel-Kälteleistung (600 kW / 25 Einheiten = 24 kW?), Wirkungsgrad, Antriebs- und Rückkühl-Leistung, um diese aufwendige Installation technisch richtig beurteilen zu können. Immerhin musste jede der 25 Einheiten mit drei Kreisläufen (Heiz-, Kühl-, Kaltwasser) in das System eingebunden werden.
    Als Ergänzung zu dem Kommentar von Hans Kranz wird hier angemerkt:
    Die Fa. Götz war das erste Unternehmen in Europa, dass für sein eigenes Projekt „Solare Kühlung für Bürogebäude“ von der damals (1992/93) üblichen LiBr-ABsorbertechnik umgeschwenkt ist auf einen ADsorber (Nishiyodo NAK-70, 70 kW Kälte).
    Das war die erste Installation dieser Technik in Europa überhaupt. Bis 2007 folgten dann 27 weitere Installationen.
    In dem Bericht oben wird auch angemerkt, dass die Anlage in Garching mit über 600 kW Kälteleistung die weltweit größte Anlage dieser Art sei. Das ist nur bedingt richtig. Die weltweit größte Anlage mit ADsorber-Technik wurde bereits 2001 in Deutschland in einem Industrieunternehmen installiert und in Betrieb genommen (3 Stück ADsorber des Herstellers Mayekawa mit einer Nenn-Kälteleistung von 351 kW bei 7 °C Kaltwasser und einer Spitzenleistung von 500 kW).
    Diese Anlage ist noch in Betrieb – derzeitiger Stand: 1 Anlage demontiert, 1 in Betrieb, 1 in Grundüberholung.

  2. Endlich hat die Adsorptionstechnik, die vor fast 30 Jahren von der Fa. Götz (Würzburg-Heidingsfeld) eingeführt wurde, eine sinnvolle Anwendung gefunden. Damals wollte man GBU Adsorptionsmaschinen „solare Kühlung“ bauen, was auch im eigenen Gebäude gut funktionierte. Leider ist diese Fa. am „Reichstagsgebäude“ (Berlin) in Insolvenz gegangen. Die Technik hatte man auch nochmal am UBA (Umwelt Bundesamt) in Dessau versucht, auch dort haben die Berechnungen leider zu einer falschen Anlagenkonfiguration geführt, so dass elektrische Kältemaschinen nachgerüstet werden mussten. Nachlesen kann man das Konzept der solaren Kühlung in meinem Fachbuch „Building Control“ (1994/1996), das man mit Glück noch gebraucht bei Amazon erwerben kann. (Oder bei mir nachfragen).

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