По дата-центрам будущего будет течь «электронная кровь»

Инженеры крупнейших в мире технологических компаний столкнулись с проблемой: суперкомпьютеры становятся настолько мощными, что ныне доступные технологии уже не справляются с обеспечением их электроэнергией и охлаждением элементов этих машин до нужной температуры. Чтобы избавить индустрию ЦОД от этой проблемы, исследователи IBM решили черпать вдохновение в машине, которая появились тысячи лет назад. Речь о человеческом мозге. Как известно, мозг работает в тысячи раз более эффективно, чем любой современный компьютер, при этом он на несколько порядков компактнее передовых искусственных нейронных сетей. Все потому, что для обеспечения работоспособности нашего серого вещества используется та же сеть кровеносных сосудов, которая одновременно перераспределяет тепло и энергии.

По словам эксперта IBM Research по материаловедению Бруно Мишеля, новая технология американской корпорации, получившая название «электронная кровь», позволит добиться значительного повышения энергоэффективности дата-центров благодаря снижению нагрузки на электрораспределительную инфраструктуру и систему охлаждения ЦОД. Вероятнее всего, масштабное внедрение данной концепции может начаться лишь через несколько десятилетий. Но исследователи уже продемонстрировали ее работоспособность в лабораторных условиях. Технология «Голубого гиганта» предполагает, что жидкий хладагент, который используется для охлаждения компонентов вычислительной системы, будет также передавать и электрический ток: получившая заряд жидкость будет подводиться к центральным процессорам, сопроцессорам, процессорам внутри графических ускорителей и прочим кремниевым чипам, передавая им свой заряд и удаляя излишнюю тепловую энергию.

Как отметил Мишель, современные суперкомпьютеры настолько велики отчасти потому, что они генерируют чрезмерное количество тепловой энергии. Это означает, что входящие в их состав чипы не могут быть расположены слишком близко друг к другу. Но если оснастить такую машину системой жидкостного охлаждения и электропитания типа «два в одном», можно будет использовать трехмерную компоновку чипов, что позволит добиться резкого сокращения габаритных размеров суперкомпьютера.

Современный суперкомпьютер петафлопсного уровня (такая машина способна выполнять один квадриллион операций в секунду) занимает около половины футбольного поля. Специалисты IBM считают, что использование технологии 3D-компоновки чипов и «электронной крови» позволило бы сократить габариты подобной машины до размера, соответствующего паре-тройке системных блоков обычных настольных компьютеров.

По словам Криса Шакка, который является еще одним членом исследовательской группы IBM Research, занимающейся проектом «электронная кровь», необходимость в изменении концепции компоновки чипов назрела уже давно, при этом скорейшее внедрение данной технологии не лишено смысла и с коммерческой точки зрения. Инженер отметил, что конечной целью его команды является создание суперкомпьютера будущего с жидкостным охлаждением, который был бы размером с кубик сахара.

В настоящее время почти половина электроэнергии, потребляемой дата-центрами, идет на охлаждение IT-оборудования с помощью энергозатратных чиллеров, вентиляторов и других систем. Специалисты подсчитали, что на долю ЦОД приходится более 2% потребляемого во всем мире электричества. Если считались все дата-центры одной страной, она бы оказалась на пятом месте в мире с точки зрения потребления электроэнергии. К такому выводу пришел Эд Таркл из подразделения Hewlett-Packard по разработке продуктов для гипермасштабных ЦОД.

Исследователи прогнозируют, что через 20 лет самые быстрые суперкомпьютеры мира смогут выполнять триллион миллиардов (1,000,000,000,000,000,000,000) операций в секунду, что в 300 тыс. раз больше, чем могут их сегодняшние аналоги. Но есть проблема. В чем она заключается? Как уже отмечалось выше, используя только лишь современные технологий, добиться такого результата будет очень сложно. Специалисты IBM говорят, что такой суперкомпьютер будущего в подобном случае будет потреблять больше электроэнергии, чем могут сгенерировать все электростанции мира, при этом размеры его будут просто колоссальными. Поэтом подобную машину нужно сделать не только в сотни тысяч раз быстрее, но и в сотни тысяч раз энергоэффективнее. И добиться этого позволят лишь новые технологии.