Varme slår kulde i datarommet

Lunkent vann tilført datamaskinene, varmt vann uthentes. Fra maskinene, og inn i radiatorene for bygningsmassen. Det er forretningsideen til it-avdelingen ved Universitetet i Tromsø. Målet er å redusere 80 prosent av energikostnadene til datamaskindriften ved å utnytte varmen til oppvarming.

Femte største

- Nettskyen er verdens femte største forbruker av energi, bare slått av Kina, USA, Russland og India. Verdens datasentre bruker to prosent av verdens energiforbruk. Dagens bruk av plass og energi er ikke bærekraftig, sa Meg Whitman på Hewlett-Packards europeiske konferanse Discover 2013 i Barcelona 10. desember.

For det sløses for mye med energi i datasentre. Dette har man først blitt virkelig oppmerksom på etter at monteringskabinetter ble stappet fulle av datamaskin-blad. Forbruket av energi per kvadratmeter gikk dramatisk opp. Datarommenes kjøling var ikke tilpasset.

Dermed begynte en fornyet interesse for kjølingseffektivitet. Kalt vann og kald luft danner grunnlaget for å effektivisere energiforbruket. Utfordringen er hvor mye energi kjølesystemene forbruker. Isvann og kald luft er alternativer som gir Norge fortrinn. Vi kan minske forbruket av energi for å skaffe kjølingen siden vi har et kaldt klima.

Redusert forbruk

De praktiske løsningene med lukkete dataromsløsninger har redusert forbruket av energi for kjøling i forhold til energi til forbruk av datamaskineriet, det som kalles PUE, Power Usage Efficiency. Et tall på 1,1 tilsier at grovt ti prosent av energien går til kjøling.

De fleste norske virksomheter vil bruke et moderne luftkjølesystem, men det finnes alternativer: Gjør det varmere.

Bransjeorganisasjonen ASHRAE (American Society of Heating Refrigeration and Air Condition Engineers) har nå en anbefalt maksimaltemperatur på 27 grader Celsius. Det bør leverandører av kjølesystemer, it-ansvarlige og datamaskinprodusenter ta hensyn til.

Tåler høye temperaturer

Men det går å gjøre det enda varmere. Det forutsetter at datamaskinene tåler høyere varme når forholdene legges til rette for det.

- Prosessorer arbeider like godt med en overflatetemperatur på mellom 17 og 60 grader, sier Roy Dragseth, gruppeleder for tungregning ved Universitetet i Tromsø.

For i Tromsø har de målt temperaturer. Prosessorene tåler inntil 80 grader, men ikke på overflaten. Derfor ønsker Universitetet å tilføre prosessorene varme, som deretter skal utnyttes videre. I de aller fleste tilfellene slippes bare varmen fra datamaskinene ut i luften eller den pumpes ut i havet.

Siden vann har mye bedre varmeutveksling enn luft, skal Universitetet i Tromsø utnytte varmt vann. Ideen er at vannet som blir ytterligere oppvarmet av prosessorene skal brukes for energitilførsel til bygningene på universitetet via radiatorer.

Mer og mer strøm

- Over lang tid har vi sett at strømforbruket har gått opp på maskinhalldrift, spesielt når det gjelder vitenskapelige beregninger. Maskinene blir kraftigere og suger dermed mer strøm. Strømmen kommer ut av maskinene som varme og den varmekilden ønsker vi å benytte oss av, sier Svenn A. Hanssen, seksjonsleder i it-avdelingen ved Universitetet i Tromsø.

I øyeblikket benyttes to Megawatt energi. Det kommer til å bli mer fordi avanserte beregninger foreløpig ikke kan bruke strømsvake prosessorer. Derfor er ideen å redusere strømutgiftene ved å dele dem med resten av universitetet eller andre interessenter for oppvarming.

Bærekraftig og grønn

Gjenbruk, bærekraftig og grønn it er stikkord. Derfor har Svenn A. Hanssen stått i spissen for et prosjekt hvor universitetet bygger et nytt datasenter hvor varmegjenvinning står sentralt.

Dette er teknologi det har vært forsket på i flere år. IBM har lagt ned et betydelig arbeid. De har bevist at datamaskiner kan produsere effektivt ved høyere driftstemperaturer enn det som benyttes i datarom. Det har også Hewlett-Packard jobbet med. Forutsetningen er et røropplegg på hovedkortene med lunkent vann som deretter blir varmt. Det er denne varmen som skal inn i radiatorsystemene til oppvarmingen.

Med en gjennomsnittstemperatur på 4,4 grader i året er det ikke mange dager som det ikke trengs oppvarming. De dagene det er varmt må vannet føres andre veier, hvilket ikke er avgjort, men det jobbes med. Når det er sommer vil alternativt temperaturen på vannet senkes til under elleve grader, det som betegnes isvann.

Reduserer kostnadene

Svenn A. Hanssen anslår at 80 prosent av strømutgiftene til maskinhallen kan overtas av andre interessenter ved at de drar nytte av overskuddsvarmen fra tungregnemaskinen Stallo. Det skulle tilsi at 1,5 millioner kroner kan spares på driftsbudsjettet til forskning hvert år, beløp som er betydelige i forhold til anskaffelseskostnadene sett over en bruksperiode på fire år.

- Det er et enormt potensiale for kommersielle maskinhaller i Tromsø. Tenk hvor mye varme som kan leveres til eksempelvis oppvarmingen av rullebanen på Tromsø Lufthavn eller et badeland på Templarheimen, argumenterer Svenn A. Hanssen.

Kobberledning på kort

For å få til varmegjenvinningen monteres det på et radiatorsystem med kobberledninger på selve hovedkortet med prosessorene. Derfor må Universitetet i Tromsø bygge om hovedkortene på de nyeste kortene sine og kjøpe nye med røropplegg. De eldste vil det ikke bli gjort noe med.

Slike røropplegg har vist en bedre evne til å fjerne varme fra hovedkortene som har resultert i ytterligere ytelse av maskinene ifølge IBMs forskning. I Hewlett-Packard betegnes prosjektet med vannkjøling av hovedkortene for Apollo. Dette prosjektet er ukjent bortsett fra for noen få innvidde.

Den første maskinen som drar nytte av teknologien er maskinen «Peregrine» ved NREL, National Renewable Energy Labs i Denver Colorado. Målet til Universitetet i Tromsø er å bli neste med fornyelse av sin tungregnemaskin Stallo.