Sparsam gekühlter Superrechner

Der neue Super­computer des Karlsruher Instituts für Techno­logie KIT ist nicht nur sehr schnell, sondern auch extrem sparsam: Beim Deutschen Rechen­zentrums­preis 2017 belegte der im vergangenen Jahr in Betrieb gegangene Forschungs­hochleistungs­rechner ForHLR II nun den ersten Platz in der Kategorie „Neu gebaute energie- und ressourcen­effiziente Rechen­zentren“. Mit mehr als 24.000 Rechen­kernen verfügt er im neu gebauten Rechen­zentrum über ein besonders energie­sparendes Kühl­system.

Federführend gefördert hat das 26-Millionen-Projekt das Land Baden-Würt­temberg gemeinsam mit dem Bund. Die Hälfte der Mittel kam aus dem Landes­haushalt. „Wer in der inter­nationalen Spitzen­forschung ganz vorne mit dabei sein will, braucht höchste Rechen­eistung und Speicher­kapazität“, sagt der Präsident des KIT, Holger Hanselka. „Dass hohe Rechen­kapazität und neueste Visua­lisierungs­technik für modernste Simulations­methoden dabei mit enorm niedrigem Energie­verbrauch einhergehen, folgt der Strategie des KIT und ist Ausdruck unserer Stärke in den gesell­schaftlich relevanten Bedarfs­feldern.“

„Ohne die Unter­stützung aus dem Minis­terium für Wissen­schaft, Forschung und Kunst und auch durch die Ministerin selbst, wäre es nicht in dieser Form möglich gewesen, die Energie­effizienz zu einem besonderen Schwer­punkt des Projektes zu machen“, sagt Bernhard Neumair, Direktor des Steinbuch Centre for Computing (SCC). So aber füge sich der Betrieb des Hochleistungs­rechners perfekt in das auf Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung basierende Gesamt­konzept für die Energie-Ver­sorgung des KIT.

Wissen­schaft erzeugt heute stark wachsende Daten­mengen, die nicht nur verar­beitet und gespeichert, sondern auch visua­lisiert werden müssen. Mit dem ForHLR II steht Forschern aus ganz Deutsch­land ein Peta­flop-System mit mehr als 1170 Knoten, über 24.000 Rechen­kernen und 74 Terabyte Haupt­speicher zur Verfügung. Ein Petaflop entspricht einer Billiarde Rechen­operationen pro Sekunde. Damit ist der ForHLR II noch zweieinhalb Mal leistungs­stärker als der Vorgänger ForHLR I, der seit 2014 am KIT in Betrieb ist.

Das neue Rechen­zentrums­gebäude verfügt durch eine Warmwasser­kühlung mit bis zu 45 Grad über neueste Kühl­technologie für einen besonders energie­effizienten Betrieb: Diese nutzt in der kalten Jahres­zeit die Abwärme des Systems zur Heizung der Büro­gebäude und sorgt ganzjährig für eine zuver­lässige Kühlung aller heißen System­komponenten. Damit kommt das System praktisch ohne energie­intensive zusätz­liche Kälte­maschinen aus. Für diejenigen Kompo­nenten, die noch eine klassische Kaltluft­kühlung benötigen, wird das im Aufbau befindliche Fernkälte­netz am Campus Nord des KIT über eine Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung eine noch wirt­schaftlichere und umwelt­freundlichere Lösung bieten.

Die Konzeption eines umwelt­schonenden Kühl­systems sei in einer der wärmsten Gegenden Deutsch­lands eine besondere Heraus­forderung gewesen, sagt Rudolf Lohner vom SCC, der das Projekt vom Start bis zur Verwirk­lichung begleitete und in der Endphase koor­dinierte. Nassrück­kühler, bei denen Wasser auf der Oberfläche von Kühl­körpern verdunstet und so deren Inhalt kühlt, kamen laut Lohner wegen des hohen Wartungs­aufwandes bei Pollenflug und der Anfällig­keit für Besiedelung durch Bakterien nicht infrage. „Also mussten wir auf Trocken­rückkühler zurück­greifen.“ Deren geringere Kühl­leistung habe durch eine besondere Größe der Konstruk­tion kompen­siert werden können.

Viele Frage­stellungen, die bei Planung und Bau eines so komplexen Projekts wie des Rechen­zentrums auftreten, haben nur Dank sehr enger Zusammen­arbeit mit den Partnern und Abteilungen innerhalb des KIT bewältigt werden können, betont Lohner. „Die höchste Aus­zeichnung für dieses gelungene Vorhaben durch ein bundes­weites Fachgremium ist ein Beweis für das erfolg­reiche Zusammen­wachsen des KIT und die dadurch ent­standenen Synergien“, findet er.

KIT / JOL