Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg


Entwicklung eines Mess- und Auswertesystems zur Bestimmung der Verlustleistung eines Supercomputers

Bachelor Thesis by Tobias Thommes

Abstract:

In the context of high performance computing systems, which are needed in many applications of science-simulations and economy, it is essential to provide more and more computing power and thereby also high bandwidths for data exchange between the multi-core CPUs. With this increase of computing-power-density there is also an increasing amount of rejected heat from these systems. To provide an innovative way of silent and efficient cooling the Computer Architecture Group in the Institute for Computer Engineering (ZITI) at the University of Heidelberg has developed the GreenICE cooling system which contains all the heat producing hardware in an electrically isolating liquid bath and uses the change from the liquid-phase to vapor-phase for cooling. This system requires only one single pump for its external water-cycle, which transports the heat from the vapor-phase to the environment. The system is thereby optimized to save a maximum of energy in the cooling infrastructure.

In this Physics Bachelor Thesis a heat-transfer control system will be developed. In future this system shall regulate the mentioned water-pump. For this purpose it is necessary to consider different types of temperature and flow-metering sensors and to compare them regarding an optimization of precision and energy consumption as well as a minimization of the required amount of maintenance.

 

Zusammenfassung:

In vielen Anwendungsgebieten in Wirtschaft und Wissenschaft wird mittlerweile mehr und mehr auf numerische Simulationen zurückgegriffen. Dazu ist es unverzichtbar geworden, immer mehr Rechenleistung und auch Bandbreite zwischen den vielen Kernen der CPUs in Hochleistungsrechnersystemen zur Verfügung zu stellen.

Mit einer solchen Steigerung der Rechenleistungsdichte geht selbstverständlich auch eine ebenso große Erhöhung der produzierten Abwärme in diesen Systemen einher. Um dem entgegenzutreten hat der Lehrstuhl für Rechnerarchitektur des Instituts für Technische Informatik (ZITI) an der Universität Heidelberg das innovative und leise GreenICE Kühlsystem entwickelt. Dabei schwimmen alle Wärme produzierenden Hardwarekomponenten in einer isolierenden Flüssigkeit. Das System nutzt den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig zur Kühlung dieser Komponenten. Dadurch wird lediglich eine einzige Pumpe für den externen Wasserkreislauf benötigt, welcher die Abwärme von der Gasphase in die Umgebung transportiert. Das System ist dadurch auf maximale Energieeinsparung im Kühlprozess optimiert.

In dieser Bachelor Arbeit des Fachbereichs Physik wird ein Messsystem zur Kontrolle der abgeführten Wärmemenge entwickelt werden, mit dessen Hilfe die erwähnte Wasserpumpe in Zukunft geregelt werden kann. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, verschiedene Messmethoden in Bezug auf die Optimierung von Genauigkeit, Energieverbrauch und Wartungsaufwand zu vergleichen.

 

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