超级计算机每秒可以执行数十亿次计算(千兆兆次运算),也能应对影响笔记本电脑和手持设备的同样问题——过热。


冷却超级计算机通常是通过设施级的空调来实现的。一些系统还通过热交换器运行冷水,从这些机器中提取热量。


今天,超级计算机的OEMs和用户正在转向其他的液体冷却方法,包括将非机械性硬件完全浸没在不同的液体中。


液体冷却的主要驱动力是成本和动力。维持惰性液体冷却剂的冷浴的成本是持续运行大型空调系统的一半。


一些超级计算机需要数百万美元的电力预算,其中大部分是保持空调上网的成本。


另一个超级计算机的功率问题是它的可用性。自三年前地震导致的福岛第一核电站熔毁以来,日本一直面临电力短缺。


当东京理工学院需要更多的超级计算机性能时,它安装了肯德基的Tsubame超级计算机,并配备了由绿色革命冷却提供的碳喷气潜水冷却解决方案。


碳喷射浸没冷却系统满足冷却剂非导电性的最基本要求。它的冷却剂GreenDEF是由冰同位素开发的液体荧光塑料。


在最近的采访中,公司创始人彼得·霍普顿说:“人们每天遇到的大多数液体都不能与电子产品混合。每个人都把咖啡洒在笔记本电脑上,或者把智能手机掉在马桶里,这可能会造成灾难性的后果。


人们一想到混合电子产品和液体就会感到紧张,但幸运的是,我们使用的物质不导电,所以这样做是完全安全的。我把手机在这些东西里泡了无数次,现在它仍然很好用。”




潜水冷却并不是唯一的液体冷却方法。IBM的工程师们接受了通过开拓热水冷却技术来降低能源成本的挑战。


IBM的热水冷却技术直接冷却有源组件,如处理器和内存模块,冷却液温度可高达113°F或45°C。这项技术已被应用于位于慕尼黑附近的莱布尼茨超级计算中心。


该中心的SuperMUC 16超级计算机可以提供高达3倍亿的峰值性能,超过10万台个人电脑。


IBM的热水技术使该系统更加紧凑了10倍,同时比类似的风冷系统少消耗40%的能源。


根据IBM的说法,SuperMUC与18000个节能的英特尔至强处理器相结合,其散热效率比空气高4000倍。



通过微通道的水远离机器,将热量输送到交换器,用于加热建筑的人居住区域。


热水冷却和IBM应用导向的动态系统管理软件的集成,可以在莱布尼茨超级计算中心园区加热建筑,每年节省100万欧元(125万美元)。


水释放了一些热量,然后被泵回处理器,与它们直接接触,并在下一轮过程中吸收热量。




量子计算技术转向了过冷技术


总部位于温哥华的D-Wave公司的D-Wave一号系统是围绕一种新型超导处理器构建的,该处理器利用量子力学大规模加速计算。


在传统计算机中,电路是开的或关的,二进制代码用1和0表示。增加更多的处理器可以线性地增加计算机的功率。


相比之下,量子计算机使用量子位,或量子位,即传统位的量子位。它的电路同时处于所有可能的状态:一、零和介于两者之间的状态——这种叠加极大地增加了潜在的处理能力。


该公司表示,在量子计算机上,信息处理是在遵守量子力学定律的设备上进行的。这些东西必须是非常小和非常冷的,而且它们可以用外来的材料来建造。


d波量子计算机取出一个金属环,将其冷却到接近绝对0度,温度比星际空间低250倍。


然后消除其他因素,以对抗可能破坏量子计算的退相干。将2014年3月的|Qpedia 17机器放在一个黑盒子里即可发光。辐射被屏蔽,声音被尽可能地减少,所有来自外壳的空气都被清除。


结果是,当电流施加到环上时,科学家可以测量叠加——100%的电流是顺时针方向的,同时100%的电流是逆时针方向的。这种双重状态被用来解决问题。



位于d波2号的核心的铌芯片有512个量子位元,因此理论上可以同时执行2512次操作。这比宇宙中原子的计算要多很多数量级。


但是铌必须足够冷却才能成为超导体。当普通金属导电时,携带电流的电子会与金属中的缺陷发生碰撞,从而产生电阻。当冷却超导金属铌,金属的电子形成库珀对一个电子的运动由一对电子相相反的运动,停止电子的缺陷和产生电阻,这意味着电子自由流动不需要泵在额外的电流。


当库珀对进入芯片中的约瑟夫森结时,由两段超导铌连接的弱绝缘屏障,它们破裂,产生类电子准粒子,可以通过结中的绝缘体,有效地传导电流通过结。



在所有这些复杂的计算中,值得注意的一点是需要高容量的冷却,第二个主要重要的一点是,有可用的冷却技术来管理甚至量子计算的热管理需求。挑战一直是将冷却技术包装在最终冷却产品的平台上。


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行业发展:冷却超级计算机和量子计算机


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