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超级计算能力需要液体冷却的独创性 - Hewlett Packard Enterprise 与 CPC 合作取得进展 HPC 行业的液体冷却
Supercomputing Power Requires Liquid Cooling Ingenuity

Hewlett Packard Enterprise and CPC collaboration advances liquid cooling for HPC industry

 

 

重新设计的超级计算机 — HPE CRAY EX 超级计算机

超级计算提供的处理能力足以供密集的科学和工程使用。由于高性能计算HPC,安全、国防、天气/气候、计算流体动力学、机械设计等领域的建模和仿真工作都成为可能。人工智能、复杂的分析和全球范围内推动各种类别的数字解决方案的动力也需要更先进的超级计算。这些超级计算设计必须同时处理快速、多样化的百亿亿级工作负载。

 

“随着超级计算需求的快速发展,HPC 系统需要支持各种计算平台,并能够在引入新架构时升级到新架构,”惠普企业热架构师 Mark Steinke 博士说。 “我们的 HPE Cray EX 超级计算机就是针对这些场景构建的。这是一种全新的设计,旨在满足 HPC、AI 和融合工作负载的当前和未来系统要求。”

 

版权所有 2020 Hewlett Packard Enterprise Development LP。经许可转载。

 

THE CPC CONNECTION

液体冷却是给定的,但不选择快速断开 (QD) 供应商或连接器开发合作伙伴。在项目开始时,HPE Cray 团队对可用产品进行了调查,包括审查一些现有供应商的产品。主要驱动因素是流量和外形尺寸。根据 Steinke 的说法,“我们无法准确找到我们想要的东西,因此与愿意与我们密切合作以找到满足我们需求的产品的合作伙伴保持一致对我们来说非常重要。” “随着时间的推移将新的或不同的叶片无缝插入系统的能力意味着与液体冷却歧管的连接需要同样无缝。”

两家公司之间密切的工程师对工程师的讨论为解决方案的到来奠定了基础。 “HPE Cray EX 系统的全新设计激发了 CPC 的新思维,”CPC 热业务应用开发经理 Barry Nielsen 说。 “我们面临的挑战是要创建一个不存在的解决方案。我们将数十年的流体管理连接器专业知识应用于这个令人兴奋的新型可扩展计算平台的液体冷却方面。”


挑战: HPC 的新方法需要新的液体冷却能力

HPE 的新型超级计算机在构建时考虑了灵活性。 “我们希望建立一个可以改变计算架构的环境——以 CPU 为中心的计算与基于 GPU 或加速器的计算。我们的客户对两者都感兴趣,有些客户喜欢混合使用这两个平台,”Steinke 说。 HPE Cray EX 框架允许用户在这些不同的计算技术之间无缝移动。

HPE Cray EX 超级计算机中 1U 空间内的密集液体冷却

 

Steinke 还提供了系统如何扩展的说明。早期的 CPU 计算刀片约为 2,200 瓦,而今天的 GPU 刀片在 4,000 瓦范围内。未来的刀片世代可能是 5,000 瓦或更多。 “高性能计算带来了热量,并且需要通过液体冷却对其进行有效管理。我们的模块化系统可以扩展以满足这些进步,一切都是液体冷却的。通过确保这些系统元件具有一定的流速和压降,我们可以互换部件以升级到不同的处理器和网络技术。”

 

作为百亿亿级计算机,新平台是一个非常密集的系统。 “我们可以在 1U 外形尺寸上安装八个插槽,而大多数其他系统使用四个,”Steinke 说。 “为了提高密度以获得百亿亿次性能,需要液体冷却。” “CPU 和 GPU 空间中的插槽功率都在增加。总有更多的插座电源可用——您只需对其进行有效冷却和包装即可。”

 

为了适应下一代 CPU、GPU 和互连技术,HPE Cray EX 采用刀片式架构,适用于计算和网络。 “它的设计是灵活的,并且与未来十年出现的技术兼容,”Steinke 说。 “随着时间的推移将新的或不同的叶片无缝插入系统的能力意味着与液体冷却歧管的连接需要同样无缝。”超级计算机提供液冷机柜,支持以紧凑的刀片配置对所有组件进行直接液冷。

 

“当然,成本和能源效率是终用户的重要因素,”Steinke 说。 “该项目的目标包括支持非常高功率的 CPU 和 GPU,同时减少互连布线并保持紧凑的系统架构。” HPE 预计,在产品的整个生命周期内,液冷系统的运营费用可以大大低于标准风冷机架。紧凑的系统配置还需要较少昂贵的光互连电缆。


解决方案: HPE/CPC 协作带来全新、超紧凑、高流量的快速断开连接

两家公司的工程团队并肩工作,对满足液体冷却需求的一系列选项进行了全面、协作的评估。工程师探索了各种软管倒钩配置、连接方法、不同管道尺寸的连接方向、上游/下游流量等。 液冷柜的紧凑结构需要快速断开装置以适应非常狭窄的空间,而不会对流速或易用性产生不利影响。 “我们希望大化模块面积,为流体连接分配很少的空间,”Steinke 说。

连接器规格包括:
- 紧凑的外形尺寸,类似于适合 1U 空间,同时提供该尺寸的高流量系数 (Cv)
- 连接点的低压降
- 在压力下断开时不会溢出,便于在不关闭整个系统的情况下拆卸刀片
- 随着时间的推移,高度可靠、无泄漏的性能
- 易于连接/服务,包括连接力低,因为 QD 将位于整个系统中
- 与指定的冷却液化学相容

终 HPE Cray EX 设计采用两种尺寸的CPC Everis 快速断开阀体和嵌件

 

“我们开始关注现有的 Everis。 LQ4 1/4" 连接器,”CPC 的 Nielsen 说。“从流量的角度来看,1/4" 直列连接器配置是有效的,但它不能很好地适应网络端连接器可用的一些更紧凑的空间。” HPE 团队专注于机柜尺寸的每一厘米,向 CPC 提出挑战,要求为系统的网络侧创建一个 1/8"(内径)连接器,以满足流量和压降要求。这样的产品没有当时不存在。需要一个新的解决方案。 “液体冷却系统的要点之一是效率。为了增强整体冷却效果,我们必须将效率优化到组件级别,”Steinke 说。 “连接器是 HPC 液体冷却系统中的主要流路电阻器之一,具体取决于其配置和阀门类型,”尼尔森指出。 “你会惊讶于端接方式或手配合与盲配合配置如何影响 Cv。除了凭经验测试连接器外,我们还对通过我们的 QD 的流量进行了理论上的建模。客户可以放心,流动效率是我们和他们一样的首要考虑因素。”

 

 

结果: 新的连接器解决方案增强了整个 HPC 行业的液体冷却能力

为了满足 HPE 在超紧凑型连接器中实现出色流动效率的需求,CPC 开发了 Everis。 LQ2 系列 — 1/8" 快速断开 (QD) 专为液体冷却应用而设计。 独立测试证实,LQ2 系列的流量比目前市场上的其他 1/8" 连接器高 22%。“更高的流量容量可将压降平均降低 34%,优化液体冷却系统的性能,”Nielsen 说。 该团队还在 QD 中加入了一个 90 度弯头,使其能够紧密地安装在开关托架上,而无需在机柜前后设置大量的电缆软管弯曲半径。 “通过使用 90 度弯头,我们不必占用计算机空间或切换空间来分配快速断开连接,”Steinke 指出。

 

HPE Cray EX 交换机刀片采用创新型 - CPC Everis LQ2 连接器快速断开阀体

 


另一个看似简单但非常重要的设计元素是在连接器中引入了旋转接头。旋转允许 QD 的拇指闩锁保持在连接器顶部,便于单手操作,同时避免管道扭结或弯曲。 “我们希望能够轻松查看和访问连接。在交换机侧,网络电缆从交换机面引出。它可以在机柜的后面变得非常拥挤。要维修单个开关,技术人员必须能够轻松地拉动电缆并从刀片上快速断开以将其??拉出。” 两个Everis。 LQ2 和 LQ4 系列连接器是 HPE Cray EX 液体冷却系统的一部分。 1/8" QD 与网络交换机刀片和电源一起使用,而较大的 1/4" 连接器连接到所有计算刀片。 CPC 对其现有的 Everis LQ4 连接器进行了改进,包括锁定软管倒钩、旋转端接和一体式插件,以好地满足 HPE 的规格。 Everis QD 使用一项正在申请专利的技术,旨在延长阀门的使用寿命。它们还具有多叶密封件,可提供冗余保护以防止泄漏,并且比标准 O 形圈具有更高的密封效率,同时连接所需的力更小。

 

先进的计算、先进的液体冷却——现在和未来


如今,HPE Cray EX 百亿亿次技术平台已成为美国卓越科研机构超级计算机的现有或计划中的一部分。 Steinke 归功于 HPE 和 CPC 工程团队之间的良好合作,他们提供了支持高度复杂的模块化 HPE Cray EX 设计的先进液体冷却解决方案。 “我们密切合作,讨论我们的需求是什么,以及在 CPC 有什么可能,”他说。 “我们获得了贯穿开发过程的实时数据,这些数据有时会导致旨在优化性能的设计修改。 CPC 对此做出了回应。合作和讨论设计细节的意愿很高。我们想要在流量和压降、尺寸和可维护性方面表现出色的产品。工程团队之间的合作使我们能够实现这一目标。” 尼尔森同意密切合作为 HPE、CPC 和高性能计算带来了积极成果。 “现在有一种用于热管理的新型超紧凑连接技术,可以快速、安全地将流体歧管连接到大功率叶片,所有叶片都是液体冷却的。整个 HPC 行业都是这种创造性思维的受益者。”


如需了解有关 HPE Cray EX 超级计算机的更多信息,请访问 hpe.com/us/en/compute/hpc/supercomputing/cray-exascale-supercomputer.html。
要了解有关专门用于电子设备液体冷却的 CPC 连接器技术的更多信息,请访问我们的网站或致电029-8647 4991联系我们。
HPE Cray EX 超级计算机是 Hewlett Packard Enterprise Development LP 的注册商标。
Everis 是 Colder Products Company 的商标。

版权所有 2020 Hewlett Packard Enterprise Development LP。 经许可转载。

HPE Cray EX 超级计算机中 1U 空间内的密集液体冷却。

“客户可以放心,流动效率是我们的首要考虑因素,对他们来说也是如此。”

用于 HPE Cray EX 开关刀片的创新型 CPC Everis LQ2 连接器快速断开主体,带有弯头和旋转接头

 

终的 HPE Cray EX 设计采用两种尺寸的 CPC Everis 快速断开主体和插件





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