In een eigen lab werkt IT-architect Tristan Suerink van Nikhef aan vloeistofkoeling van dataservers. Dat scheelt tot een kwart van het stroomverbruik, blijkt uit zijn experimenten.
Buiten op Amsterdam Science Park heersen deze zomerweken tropische temperaturen, maar binnen in het laboratorium van IT-architect Tristan Suerink van Nikhef is het aangenaam koel. De warmte die twee speciale forse servers produceren bij het verwerken aan een intensieve rekenklus, wordt keurig afgevoerd door het ventilatiesysteem van de ruimte.
Suerink – signaalgele koptelefoon op tegen het geraas van de installaties – gebaart naar twee servers in een staand serverrek. De bovenste server heeft de gangbare luchtkoeling, angstwekkend luide ventilatoren die de warmte van de hete processoren langs grote koelvinnen achteruit de kast blazen, duidelijk voelbaar met de blote hand.
De onderste server oogt hetzelfde, behalve dan dat er aan de achterkant een blauwe en een rode slang uitsteken. Blauw voert een koelvloeistof aan die in de kast bovenop de hete processoren begint te koken, waarna de hete damp via de rode slang naar de koelunit eronder wordt gevoerd, daar weer afkoelt en condenseert en aan een nieuwe cyclus begint. De kast, Suerink heeft hem “NAT” genoemd, is aan de achterkant duidelijk koeler aan de hand. Bovendien is het systeem stil en compact.
Zie hier, zegt Suerink in de stillere werkruimte van het lab, de toekomst van het intense rekenen dat op instituten als Nikhef gebeurt. Hij deed de afgelopen jaren experimenten met innovatieve koelsystemen voor servers, om alternatieven te vinden voor de gangbare luchtkoeling van servers. Voor het intensieve rekenwerk als op Nikhef is die niet meer toereikend. Bovendien vreet het koelen met lucht stroom.
Inmiddels heeft Suerink de resultaten van zijn proeven met verschillende systemen op een rij en denkt Nikhef na over toepassing van vloeistofkoeling van zijn datacentrum op bredere schaal. “De koelcapaciteit van serverruimtes wordt op den duur een grens aan het rekenwerk”, zegt hij.
Suerink bezoekt voor zijn werk geregeld grote internationale computerbeurzen. Rond 2019 zag hij op een conventie in Denver voor het eerst hoe server fabrikanten experimenteerden met vloeistofkoeling voor de grotere processoren. “Ik heb op Nikhef toen al gezegd, we moeten dat onderzoeken. Eerst hebben we zelf dingen met vloeibare CO2 geprobeerd, maar daarna zijn we vooral de markt gaan volgen. Wat kan ons helpen om het steeds intensievere rekenen voldoende te koelen, werd de vraag.”
In zijn lab, zegt hij, kan hij experimenten met servers en koeling doen die je in een datacentrum begrijpelijkerwijs liever niet hebt. Hij stookte zijn labruimte tot boven de 30 graden, om te zien hoe koelingen en servers zich dan gedragen, en met vloeistoffen die hoe dan ook taboe zijn midden tussen alle elektronica. Nu staat het testsysteem aan voor duurproeven van de materialen en de aansturing.
De resultaten van al dat meetwerk, grotendeels in samenwerking met SURF, zijn wel opmerkelijk en duidelijk in het voordeel van vloeistofkoeling. Daarmee is tot een kwart minder stroomverbruik van een gekoelde server te bereiken bij eenzelfde rekencapaciteit. Omgekeerd levert een vloeistofgekoelde server makkelijk zes procent meer rekenkracht dan een luchtgekoelde machine.
Het centrale element ligt voor Suerink op tafel, een vloeistofkoelelement van de firma ZutaCore: een plat kunststof doosje met de bekende blauwe en rode slangen, gemonteerd op een koperen plaat voor voldoende warmtecontact met de hete processoren. Een prachtig en robuust systeem, zegt Suerink. “De vloeistof komt dat ding binnen via een kleine vlotter zoals ook in een toiletspoelbak zit, zonder actieve aansturing, puur op natuurkunde.”
Als koelvloeistof wordt een nietgeleidende stof gebruikt die de codenaam R1233ZD draagt en in de industrie geldt als een alternatief voor freonen die de ozonlaag aantasten of sterke broeikasgassen zijn. Het spul verdampt en condenseert precies op de juiste momenten en voert warmte zeer effectief af.
Suerink was niet lang geleden op weer een computerbeurs in de VS, ditmaal in Atlanta, en ging daar de aanbieders van koelsystemen langs met zijn vragenlijst. Zouden zij deze cijfers ook kunnen aanbieden?
Suerink: “Ik kreeg behoorlijk zuinige reacties en dat sterkte me in het idee dat we het juiste systeem hebben gevonden. Iets waar we mee verder kunnen.” Het plan is nu om de vloeistofkoelingen eerst nog verder te testen, waarbij de warmte ook echt wordt afgeleverd naar het koelsysteem van Nikhef dat nu al woningbouw in de omgeving van het instituut verwarmt. Met een relatief kleine ingreep zou het vloeistofkoelsysteem daarna in delen van het datacentrum kunnen worden ingebouwd, verwacht hij.
Dat zou, zegt hij, bijvoorbeeld goed aansluiten bij het MERGE-project, dat onlangs is goedgekeurd door wetenschapsfinancier NWO. Dat project is bedoeld om de rekencapaciteit bij deeltjesinstituut Nikhef een boost te geven, zodat het is opgewassen tegen almaar groeiende datastromen uit experimenten en de opkomst van AI en machine learning.
Suerink: “Als we daarbij kunnen bereiken dat per rekenstap een kwart minder stroom wordt gebruikt, is dat een geweldige bijdrage waar we ook maatschappelijk mee aan kunnen komen.”
