NREL beteiligt sich an einer 40-Millionen-Dollar-Initiative zur Verbesserung der Kühleffizienz von Rechenzentren

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Das ARPA-E-Programm schafft energieeffizientere Rechenzentren, reduziert CO2-Emissionen und mildert den Klimawandel

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) hat sich einem 40-Millionen-Dollar-Programm der Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) des US-Energieministeriums angeschlossen, um die Art und Weise, wie Komponenten in Rechenzentren gekühlt werden, grundlegend zu überdenken.

Unter den 15 ausgewählten ARPA-E-Projekten wurde NREL als Leiter eines Forschungsprojekts benannt und unterstützt drei weitere Projekte im Rahmen des ARPA-E Cooling Operations Optimized for Leaps in Energy, Reliability, and Carbon Hyperefficiency for Information Processing Systems (COOLERCHIPS). ) Programm.

Die ausgewählten COOLERCHIPS-Projekte – mit Partnern aus nationalen Labors, Universitäten und der Industrie – untersuchen, wie der Energiebedarf für die Stromversorgung und Kühlung von Rechenzentren reduziert werden kann. Diese Bemühungen werden den betrieblichen CO2-Fußabdruck dieser kritischen Infrastruktur verringern und ehrgeizige Ziele für saubere Energie unterstützen, um bis 2050 Netto-CO2-Null zu erreichen.

Bedeutung einer effizienten Kühlung in Rechenzentren

Rechenzentren versorgen unsere virtuelle Umgebung. Diese Einrichtungen beherbergen Hochleistungscomputer, Speichersysteme und Computerinfrastruktur, machen aber aus etwa 2 % des gesamten Stromverbrauchs in den Vereinigten Staaten. Der für nur ein Rechenzentrum erforderliche Energieverbrauch ist vergleichbar mit der Stromversorgung von 80.000 Haushalten – ungefähr der Anzahl aller Haushalte in Montgomery, Alabama. Die Kühlung macht bis zu 40 % des Energieverbrauchs in Rechenzentren ausDaher sind effiziente Kühlstrategien unerlässlich.

NREL ist ein lebendiges Labor, in dem modernste Konzepte auf dem Campus eingesetzt werden, um reale Anwendungen zu zeigen. Für NREL-Gebäudeforscher ist Hochleistungsrechnen für Modellierung und Simulationen erforderlich, damit Forscher sehr große Datensätze analysieren und komplexe Systeme steuern können, um reale Anwendungen besser zu verstehen. Zum Beispiel in der Endverbrauchslastprofile Im Rahmen des Projekts wird der Energieverbrauch von Gebäuden mithilfe des Supercomputers Eagle modelliert, um Entscheidungsträger zu informieren und bei der Beantwortung der „Was wäre wenn“-Fragen rund um Dekarbonisierungsmaßnahmen in Gebäuden im ganzen Land zu helfen. Der Supercomputer von NREL unterstützte etwa 900.000 Gebäudeenergiemodelle, die jeweils den Energieverbrauch eines Jahres für verschiedene Gebäude und Klimazonen in 15-Minuten-Intervallen darstellen und in Endnutzungskategorien unterteilt sind.

Um den Supercomputer auf dem South Table Mountain Campus des NREL in Golden, Colorado, effizient zu kühlen, fängt eine Warmwasser-Flüssigkeitskühlungsmethode 97 % seiner Abwärme ein und wird dann zur Nutzung in der gesamten Energy Systems Integration Facility (ESIF) zur Verfügung gestellt, in der sich der Supercomputer befindet Rechenzentrum. Erhitztes Wasser ist direkt in das Hauptwärmesystem des Gebäudes integriert und stellt die Hauptwärmequelle für die Büro- und Laborräume von ESIF dar – und wird im Winter sogar zum Enteisen der Gehwege außerhalb von ESIF verwendet. Mit dieser effizienten Kühlmethode werden für den Betrieb von Eagle knapp 2 MW elektrische Leistung benötigt.

Standardisierung der Bewertung der Kühltechnologie

NREL-Forscher David Sickinger leitet ein mehr als 1,5 Millionen US-Dollar teures ARPA-E-Projekt mit dem Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) und den Sandia National Laboratories und fungiert als technisches Evaluierungsteam für COOLERCHIPS.

Die Gruppe wird standardisierte Tests entwickeln, um die von COOLERCHIPS-Projekten entwickelten Kühltechnologien unter realen Betriebsbedingungen von Rechenzentren zu bewerten. Die Skala reicht von der Komponentenebene über die Rackebene bis hin zu Full-Edge-Rechenzentren. Diese hochstandardisierten Methoden zur Messung von Kennzahlen können von allen Partnern genutzt werden. NREL und Georgia Tech planen außerdem, einige der neu entwickelten Systeme der COOLERCHIPS-Forschungsteams zu hosten und bei der Bewertung ihrer Kühllösungen behilflich zu sein.

NREL-Partnerauszeichnungen

Sreekant Narumanchi vom NREL, der das Weltklasselabor des Labors leitet fortgeschrittene Forschung in den Bereichen Leistungselektronik und elektrische Maschinen, und sein Team werden maßgeblich an mehreren COOLERCHIPS-Partnerprojekten mitwirken. Diese beinhalten:

1. Die University of Missouri verdiente 1,6 Millionen US-Dollar für die Entwicklung eines hybriden, mechanisch-kapillargetriebenen Zweiphasenkreislaufs, der als Kühllösung für Rechenzentren dienen soll. Die vorgeschlagene Technologie bietet zahlreiche Vorteile gegenüber bestehenden Phasenwechselprozessen wie Strömungssieden und Kondensation, einschließlich Dual-Mode-Betrieb, geringem Wärmewiderstand, hohem Wärmefluss, geringem Pumpleistungsverbrauch, hoher Leistungsdichte, zuverlässigem Betrieb und einem vollständig skalierbaren Design . Die Beteiligung von NREL wird vom leitenden Forschungsingenieur Douglas DeVoto geleitet.
2. Die University of Maryland erhielt 3,5 Millionen US-Dollar für die Entwicklung eines integrierten Softwaretools zur Entscheidungsunterstützung für den Entwurf von Rechenzentren der nächsten Generation, das die vorhandene Open-Source-Software zur Modellierung von Zuverlässigkeit, Energie, CO2-Fußabdruck und Kosten nahtlos mit einem innovativen Cosimulations-Framework verbindet. Dieses Tool wird es Rechenzentrumsdesignern ermöglichen, im Vergleich zu bestehenden, hochmodernen Technologien transformative und disruptive Designfortschritte zu entwickeln. Die NREL-Unterstützung wird vom NREL-Forschungsingenieur Jiazhen Ling geleitet.
3. Die University of Florida verdiente 3 Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer bahnbrechenden Wärmemanagementlösung zur Kühlung zukünftiger CPU- und GPU-Chips bei beispiellosem Wärmefluss und Leistungsniveau in Server-Racks von Rechenzentren. Die neue Technologie ermöglicht ein deutliches zukünftiges Wachstum der Prozessorleistung, gibt Wärme direkt an die Umgebungsluft außerhalb des Rechenzentrums ab und erleichtert die Einführung innerhalb der bestehenden Rechenzentrumsinfrastruktur mit einem primären Flüssigkeitskühlkreislauf. Der NREL-Projektleiter ist der leitende Forschungsingenieur Gilbert Moreno.

Über COOLERCHIPS

COOLERCHIPS zielt darauf ab, den gesamten Kühlenergieaufwand für ein Computersystem mit hoher Dichte jederzeit und an jedem Standort in den USA auf weniger als 5 % der IT-Last eines typischen Rechenzentrums zu reduzieren. Durch die Anhebung der technologischen Messlatte zur Reduzierung des Kühlenergieaufwands für Rechenzentren wird der betriebliche CO2-Ausstoß gesenkt₂ Verkleinern Sie den Platzbedarf, verbessern Sie die Sicherheit des Zentrums und senken Sie die Betriebskosten.

Erfahren Sie mehr um ARPA-E und das Projekte, die im Rahmen des COOLERCHIPS-Programms ausgewählt wurden.

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