Refrigerar supercomputadoras con un sistema inspirado en la circulación humana (VIDEO)

El gigante informático IBM comenzó a utilizar agua para refrigerar ordenadores allá por la década de los 60 del siglo pasado en sus sistemas 360, pero abandonó esta tecnología en 1995 debido a que requería arquitecturas complejas y a la llegada de procesadores más eficientes como los CMOS.

Sin embargo, la multinacional ha visto ahora la oportunidad de darle nueva vida a esta tecnología. “El clásico sistema de refrigeración por aire está llegando a su límite debido a los grandes consumos energéticos que genera, sobre todo cuando se habla de superordenadores y centros de datos, tan de moda ahora con la creciente tendencia a contratar servicios de computación en la nube”, explica a SINC Antonio Orbe, experto en sistemas de IBM España.

En la actualidad, añade, la mitad del consumo eléctrico en computación está ocasionado solo por la refrigeración. “Esto se traduce en facturas eléctricas astronómicas y también en ineficiencia y en una huella de carbono insostenible”, destaca.

En este sentido, Orbe alude a un estudio realizado por Bell Labs y el Centro para las Telecomunicaciones Energéticamente Eficientes (CEET, por sus siglas en inglés), que indica que esta industria, incluyendo internet y los servicios cloud, es responsable de la emisión de más de 800 millones de toneladas de dióxido de carbono al año, la misma cantidad que emite la industria de la aviación en su conjunto.

En este contexto, IBM ha desempolvado y mejorado su tecnología de refrigeración por agua. “Llevar agua al corazón de los de los equipos puede resultar chocante, pero está demostrando ser tremendamente eficaz como sistema de refrigeración alternativo”, destaca el experto.

Un 40% menos de consumo energético

El primer sistema comercial en incorporar esta tecnología ha sido SuperMUC, el mayor superordenador europeo y uno de los mayores del mundo, ubicado en el Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ, por sus siglas en alemán), de cuya potencia se sirven complejos proyectos científicos como el Human Brain Project y otros de los ámbitos de la física, la medicina o la astrofísica.

En junio del año pasado entró en funcionamiento este sistema que fue anunciado como “el superordenador más rápido disponible en el mundo que utiliza un sistema de refrigeración por agua”.

SuperMUC, ha sido construido con los servidores iDataplex Direct Water Cooled dX360 M4 de IBM con una potencia de tres petaflops, lo que, según la compañía, equivale al trabajo de 110.000 ordenadores personales juntos. Tiene 18.000 procesadores Xeon de Intel, 155.000 núcleos y 320 terabytes de memoria principal. Con todo esto, consume un 40% menos de energía que una maquina similar refrigerada mediante aire, destaca la firma.

Bruno Michel, investigador de IBM Research en Zúrich, cuenta a SINC que la tecnología de refrigeración empleada en SuperMUC ha sido desarrollada por científicos y expertos de la compañía en todo el mundo, incluyendo Estados Unidos, Alemania y Suiza.

4.000 veces más eficiente en absorber el calor

“La razón de que IBM haya recurrido a una tecnología que tuvo su inicio en 1966 es que la ciencia no ha podido cambiar el hecho de que el agua sea 4.000 veces más eficiente en absorber el calor que el aire”, destaca.

En su opinión, en un momento en el que el coste de la energía es cada vez más alto y se requieren equipos más eficientes, el avance de IBM “tiene todo el sentido”.

El sistema empleado en SuperMUC refrigera los equipos con agua que entra a 40 grados centígrados y llega hasta los procesadores y otros elementos como los módulos de memoria —donde más calor se genera—, a través de microcanales incorporados a dichos componentes. “Está inspirado en el sistema de circulación humana e imita la forma en la que la sangre y el oxigeno son distribuidos por el cuerpo”, dice Michel.

En este equipo, las tuberías de los servidores están unidas a la red principal de distribución de agua. El sistema completo es un circuito cerrado. El agua de refrigeración  es calentada constantemente por los chips y vuelta a enfriar a medida que pasa a través de un intercambiador de calor pasivo. El calor sobrante se destina al sistema de calefacción del centro de investigación de Leibniz, añade.

Según Michel, el menor gasto energético logrado supone ahorros para el LRZ de un millón de euros anuales.

SuperMUC tiene un predecesor en el área experimental. Se trata de Aquasar, un superordenador instalado en Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) en 2010 y que ha servido de campo de pruebas antes de lanzar la versión comercial. En esta máquina se ha comprobado la eficacia del sistema de refrigeración por agua de IBM en supercomputación, subraya el experto.

Centros de datos de emisión cero

Bruno Michel asegura que SuperMUC y Aquasar forman parte de una visión a largo plazo de su compañía para lograr centros de datos con emisión cero.

“Creemos que en el futuro será posible construir superordenadores del tamaño de un PC de sobremesa con una eficiencia energética mucho mayor que la de los equipos actuales. Estos sistemas estarán basados en chips 3D, apilados unos encima de otros y el uso de líquidos tanto para generar energía como para refrigerar los procesadores, imitando sistemas sacados de la biología, concluye.

Detalle de la canalización que lleva el agua para refrigerar los procesadores. / IBM Research