用戶HPC選型，最重視什么?毫無疑問是性能。用戶部署HPC就是需要超高的計算性能。當(dāng)然，HPC系統(tǒng)的高可靠性、易維護(hù)性以及價格和功耗成本，也是用戶會關(guān)注的重要因素。

超算的核心目：極致性能

集群的規(guī)模、互聯(lián)架構(gòu)和集群的效率是決定性能的三個關(guān)鍵因素。

集群規(guī)模，也就是CPU、內(nèi)存等硬件的數(shù)量，是決定性能的重要因素。同時，集群的架構(gòu)，也即總線連接和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也是決定了整體性能的高低。最后，集群的效率，也是影響HPC系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。

12年曙光做的星云(Nebula)超級計算機曙光5000A，發(fā)布的是星云系統(tǒng)峰值為每秒3000萬億次(3PFlops)計算性能，但效率其實只有40%左右。目前，業(yè)界對CPU、內(nèi)存等硬件的利用率，已經(jīng)能夠到80%左右。

在從用戶視角來看：集群規(guī)模受限于機房空間，雖然目前出來很多立體機房，機柜可以疊加，但空間仍然有效。在機房空間固定的情況下，集群規(guī)模是受限制的，CPU等硬件數(shù)量無法持續(xù)提升。同時，用戶的預(yù)算有限制，同時，存儲有限制，硬盤可以用8T，未來用10T12T，但最終空間也是有限。

大部分用戶都會使用風(fēng)冷的技術(shù)，風(fēng)冷比較簡單。這時機房的PUE能夠1.5-3左右。而在空間有限、節(jié)點有限的情況下，其實利用水冷，可以做到更高的密度，更好的效率。

同時，機房有功率的限制，同時機房里還有大量的和能源相關(guān)的設(shè)備，比如UPS，因此從功耗的角度來設(shè)計，去除UPS等附屬硬件，PUE值能夠大大縮減，做到1.1-1.25。

效率和使用的處理器、主板都有關(guān)系。但我們必須從另外的角度來考慮，也就是從電源使用的角度。目前，有效使用電能(50%負(fù)載最優(yōu))需控制計算隊列。水冷的目的是更多將電能用來進(jìn)行計算處理，來提高計算性能!

如果把某一些端口，直接換成銅纜，傳輸率是一樣的。但可以極大降低功耗，比如每個交換機節(jié)省100w，16個交換機的節(jié)省，可以達(dá)到額外增加4個節(jié)點，極大的提高性能。

什么場景下可用水冷?

用戶以提升計算性能、計算效率為核心需求。也就是關(guān)注性能，而不是關(guān)注價格。畢竟水冷會比風(fēng)冷更貴一些。

同時，用戶有室外空間來放置水冷設(shè)備，同時，機房基建與計算集群同步建設(shè)的環(huán)境。如果已經(jīng)有風(fēng)冷的設(shè)備了，再拆掉重新布置水冷，就有些不值了。

使用水冷的用戶，大部分都是機房空間有限、供電有限的用戶。因為水冷可以大大提高密度，同時降低電力消耗。

在水冷的項目里面，目前有很多國外的經(jīng)驗可以借鑒。

比如無冷凝水冷的溫水二次利用。對于高校、政府等用戶來說，水冷可以變成供暖的水。在集群規(guī)模夠大的情況下，水冷系統(tǒng)可以產(chǎn)生高于65攝氏度的熱水，在循環(huán)之后，當(dāng)水溫低于45度，又可以再次利用。

另外，利用Absorption Chiller吸附式冷凝機。水冷主機不需要供電，也即是零功耗，就可以實現(xiàn)溫水的二次循環(huán)散熱，而且整個系統(tǒng)能夠達(dá)到50KW的大功率。

聯(lián)想水冷技術(shù)應(yīng)用全球

聯(lián)想是HPC最先走出國門的企業(yè)，為眾多世界級超算中心提供產(chǎn)品方案和技術(shù)支持。比如在歐洲最大的學(xué)術(shù)性數(shù)據(jù)中心之一——萊布尼茨超級計算中心里，聯(lián)想幫助他們打造了11000個節(jié)點的SuperMUC直接水冷超級計算集群。該集群峰值計算速度達(dá)到9千萬億次每秒，向整個歐洲的研究人員提供超級計算資源，研究領(lǐng)域包括天體物理、生命科學(xué)等。

除了在性能上的提升以外，因為采用了聯(lián)想首創(chuàng)的45度溫水水冷技術(shù)，新的集群系統(tǒng)實現(xiàn)了1.1的PUE值，遠(yuǎn)低于1.5-3的業(yè)界一般水平。聯(lián)想讓客戶5年整體電費下降37%——從2760萬歐元降至1740萬歐元，節(jié)省了超過1000萬歐元。

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(SuperMUC占地示意圖，圖中橘黃色管線是水冷管)

除了萊布尼茨超算中心，聯(lián)想在歐洲也幫助西班牙巴塞羅那、意大利博洛尼亞CINECA等眾多客戶搭建了世界級超算系統(tǒng)。在全球高性能計算Top500排名中，聯(lián)想以99套連續(xù)兩年保持中國第一、全球第二的位置。我們的超級計算機，服務(wù)全球各個國家的客戶，在高能物理、生命科學(xué)、氣象、海洋、環(huán)保，航空航天、石油勘探、智能制造和互聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，助力客戶業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

最近，聯(lián)想利用水冷技術(shù)，最近中標(biāo)了北京大學(xué)的超算中心項目。這是全國第一個應(yīng)用水冷技術(shù)的超算中心，它不僅僅能夠提供超級高的計算性能，同時也將為學(xué)校和國家節(jié)省大量的能源。

結(jié)語

如果簡單來看，HPC系統(tǒng)性能和功耗很多時候是對立的。因為功耗低了，往往性能會受到影響。但通過水冷，不但做到了節(jié)能環(huán)保，更是對于計算性能的極致提升。