Superkompjuteri veličine kocke šećera

Nove tehnologije vodenog hlađenja koje smanjuju toplinu baš tamo gdje i nastaje, odnosno na računalnom čipu, nude obećavajući način za značajno poboljšanje energetske efikasnosti računala.

Na ovogodišnjem CeBIT-u, najvećem sajmu za digitalne tehnologije, IBM predstavlja svoj sustav hlađen vrućom vodom koji će pružiti pogled u buduće inovacije – Superračunala veličine šećernih kocki.
Potrošnja energije predstavlja ključni izazov u razvoju nove generacije superračunala i IT sustava. U idućih deset godina IBMovi znanstvenici i istraživači raditi će na stvaranju nove generacije superračunala koja koriste takozvano 'exascale' računarstvo, ali sa apsolutnom potrošnjom energije koja nije mnogo veća od današnjih najvećih sustava.  'Exascale' računala su sposobna postići performasne 300 puta brže od današnjih računala.

Prvi uspješni projekti hlađenja vrućom vodom
Hlađenje vrućom vodom spaja nekoliko prednosti. Eliminira potrebu za energetski intenzivnim hladnjacima što značajno smanjuje ukupnu potrošnju energije. Kao dodatak otklonjena vrućina može se ponovno iskoristiti u druge svrhe, kao što je grijanje zgrada. Ovo će značajno poboljšati i CO2 ravnotežu u računalima i podatkovnim centrima u usporedbi sa sličnim sustavima koji se hlade zrakom.

U pilot projektu IBMovi znanstvenici i inžinjeri iz Zuricha i Boblingena (Njemačka) izradili su revolucionarno superračunalo koje se hladi vrućom vodom za ETH Zurich, svjetski renomirano tehničko sveučilište. Pod imenom Aquasar, novo superračunalo hladi se vrućom vodom umjesto zrakom, a disipirana vrućina se upotrebljava za grijanje zgrada sveučilišta. Inovativni sustav konzumira 40 posto manje energije ako ga usporedimo sa računalom koje se hladi zrakom, a CO2 ravnoteža je impresivna. Izravno upotrebljavajući otpadnu vrućinu sustav reducira neto emisiju za 85 posto. Ovo je omogućeno inovativnim sustavom hlađenja i snažnim mikrokanalskim hladnjacima koji su spojeni na pozadinu procesora.

Buduće inovacije
Takozvani 3D čipovi obećavaju još veće performanse uz nižu potrošnju energije. Utirući put ka 'exascale' računalima IBM-ovi znanstvenici intenzivno istražuju 3D integraciju. 3D arhitekture čipova, u kojima su procesori naslagani jedni na druge, ne samo da smanjuju površinu čipova već i skraćuju komunikacijsku daljinu među njima te povećavaju pojasnu širinu (bandwith) prijenosa podataka na čipovima do nekoliko puta. Jedno od glavnih ograničenja proizvodnji 3D struktura čipova leži u performansama klasičnih hladnjaka. U istraživačkom centru IBM-a u Zurichu novi koncepti hlađenja 3D struktura čipova su u razvoju. Znanstvenici testiraju hlađenje vodom koja se usmjerava direktno između individualnih slojeva čipova kroz mikroskopske kanale. Takav dizajn dopušta 3D strukturama čipova da se hlade vrlo efikasno uzimajući u obzir količinu topline koju današnji čipovi ispuštaju.

Prije nego što prvi funkcionalni prototipovi budu izrađeni, što se očekuje u idućih sedam do deset godina, istraživači će morati preskočiti niz tehničkih prepreka. Njihov cilj je razviti sustav optimiziranog protoka vode kroz tanke slojeve koji će u isto vrijeme izolirati elektroniku od vode. Posebnu poteškoću predstavljaju tisuće elektičnih spojeva koji vertikalno putuju kroz strukturu čipova. Trodimenzionalna integracija računalnih čipova je jedan od najobećavajućih pristupa značajnijem unapređenju performansi uz istovremeno smanjenje potrošnje energije. Razvoj ove tehnologije mogao bi dovesti do toga da superračunala mala kao kocke šećera postanu stvarnost. (Zlatko Salahović)