SuperMUC: экономичные петафлопсы

Один из самых быстрых суперкомпьютеров Европы был запущен в июле этого года. Он оснащен революционной системой водяного охлаждения и призван решить неразгаданные доселе загадки. В уходящем году был запущен один из самых быстрых на европейском континенте и шестой по производительности в мире суперкомпьютер, который к тому же может похвастаться весьма низким для такого рода конструкций энергопотреблением. Новинка, получившая название SuperMUC, занимает площадь 500 м2 в здании Вычислительного центра имени Лейбница и весит порядка 100 тонн. Данный суперкомпьютер производства компании IBM является на сегодняшний день самой быстрой вычислительной машиной в Старом Свете. Он способен выполнять три биллиарда операций в секунду, то есть имеет мощность три петафлопса. Более 155 000 вычислительных ядер функционируют в шкафах черного цвета высотой почти два метра, соединенных друг с другом многокилометровыми кабельными линиями. Объем оперативной памяти SuperMUC составляет 324 Тбайт, а для архивирования данных используется 30 петабайт.

Образец высокой энергоэффективности

Вместе с тем новый суперкомпьютер является не только одним из лидеров по производительности, но и чемпионом по энергоэффективности — благодаря применению инновационной системы охлаждения с использованием теплой воды. Для отвода тепла от центральных процессоров и модулей оперативной памяти в SuperMUC задействуется вода с температурой 40–55 °C, прокачиваемая по медным трубкам и нагревающаяся при этом примерно до 70 °C.

Изначально система охлаждения разрабатывалась как неотъемлемая часть SuperMUC: медные водопроводы проложены максимально близко к охлаждаемым компонентам, и те могут длительное время работать при высокой температуре — около 70 °C. Нагревающаяся вода
в летний период охлаждается в простых теплообменниках без дополнительных затрат энергии, а зимой используется для отопления офисных помещений. Единственная проблема заключается в сложности и относительно высокой стоимости специальной подготовки воды для системы охлаждения. Дело в том, что жидкость должна быть не только декальцинирована (то есть освобождена от образующих накипь солей кальция), но и деионизирована. В противном случае существует опасность короткого замыкания.

  Составные элементы SuperMUC. Особенностью вычислительных кластеров IBM, установленных в SuperMUC, является их водяное охлаждение: по медным трубопроводам поступает вода с температурой около 40 °С, которая отводит тепло от процессоров и оперативной памяти, нагреваясь при этом до 70 °С.

  Архитектура и сферы применения

SuperMUC состоит из 19 кластеров, каждый из которых включает в себя 8200 вычислительных ядер. Один из них — так называемый параллельный кластер — оснащен дополнительным ОЗУ. В суперкомпьютере используются процессоры Intel Westmere EX. Они состоят из 2,9 млрд транзисторов и на сегодняшний день занимают лидирующие позиции среди серверных чипов благодаря десяти вычислительным ядрам и кеш-памяти третьего уровня объемом 30 Мбайт для ускорения обмена данными между ядрамиядрами.

Система под названием SuperMUC состоит из 19 кластеров, каждый из которых имеет 8200 вычислительных ядер. Один из них — параллельный кластер — оснащен дополнительным запоминающим устройством.

    SuperMUC уже помогает ученым производить обсчет сложных инженерных решений и природных явлений глобального масштаба. В частности, ученые моделируют морские течения и анализируют их влияние на атмосферу, чтобы повысить точность прогноза погоды. Более показательными можно назвать результаты длительных и сложных вычислений относительно поведения газовых потоков, заказчиками которых выступают Технический университет Берлина и производитель авиадвигателей — компания Rolls-Royce. Они совместно работают над созданием самолетных турбин с меньшим уровнем шума.

Рост производительности десяти наиболее производительных суперкомпьютеров в мире

Энергопотребление суперкомпьютеров составляет на сегодняшний день порядка нескольких мегаватт, при этом наблюдается устойчивая тенденция роста этого показателя. Однако немецкий SuperMUC экономит около 40% энергии благодаря использованию водяного охлаждения.