高性能计算(High performance computing，也就是我们常说的HPC) 指的是使用很多处理器(作为单个机器的一部分)或者某一集群中组织的几台计算机(作为单个计算资源操作)的计算系统和环境。有许多类型的HPC 系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。
其实高性能计算机乃至整个计算机，都是因军事应用而诞生，最早可以追溯到图灵、冯·诺依曼时代。如今的高性能计算机已经全面应用到各个领域，包括天气预报、飞机汽车制造、生物医疗以及动画影视制作等等。而超算的发展方向也从原来的大规模、高功耗向节能环保迈进。近日笔者在德国莱布尼茨超算中心了解到的这套系统就是基于节能而开发，通过水冷系统充分诠释了科技的进步。
在谈水冷之前先插播一个小花絮，此次德国高性能计算之旅途中，我们在德国象征新天鹅城堡遭遇一场大暴雨，把所有人淋了个落汤鸡。暴雨夹杂着暴风给在场所有人冻得嘴唇发紫，脑袋中似乎不停的播放着“冷冷的冰雨在脸上胡乱的拍”....
新天鹅堡给我们留下了“深刻”的印象
众人湿身在狂风瑟瑟发抖，我跟大家说“看来这风冷还是挺猛的...”周志强老师(联想集团中国区商用事业部终端计算总监、企业架构师)在旁边手指着自己湿漉漉的衣服道“这哪是风冷?分明是水冷嘛!”水冷的“散热”效果确实领略到了，只不过所有人都狼狈不堪。参观水冷就先亲身体验了一把，果然不虚此行。
莱布尼茨超算中心通过水冷降低1000万欧元电费成本
LRZ高性能计算中心
言归正传，我们继续看超算。最近大热的联想首创的45℃温水水冷技术，相信大家都不会陌生，它凭借更高的性能、更低的能耗、更少的占地空间和更低的噪音，在全球范围内获得了越来越多用户的青睐。用莱布尼茨超算中心工作人员的话说：“这里静的可以开音乐会”。
德国巴伐利亚科学院莱布尼茨超级计算中心(LRZ)运营的SuperMUC，是一款采用了革新性温水冷却技术的超级计算机。
水冷服务器系统
据了解，LRZ全部采用了联想NeXtScale System系统，在该实验室实现了1.1的PUE值，拥有9216节点，峰值运算速度2897000万亿次(Gflops)，整机效能高达90.95%，5年来整体电费下降37%：从2760万欧元降至1740万欧元，节省超过1000万欧元。
水冷系统降低能耗40%
与传统风冷系统相比，LRZ水冷系统省掉的风扇节省了10%的能耗，此外冷却系统减少20%能耗，6%能耗节省来自软件管理。因此实现了节省40%总能耗的设计思路。
据工作人员介绍，LRZ超算部分功耗为2兆瓦，冷却本身不消耗电力，采用自然冷却方式，可以称之为“免费冷却”。其他主要是水泵循环等消耗的电力，占得非常少。超算中心冷却水温度一般在45度左右，自然冷却可以降到38度，有一定的温差，因此可以满足服务器冷却需求。此外，LRZ还利用系统散热后的余热对建筑物进行供暖，将欧洲人的环保理念发挥得淋漓尽致。
思考：水冷散热方式在我国推广的并不好，绝大多数数据中心、高性能计算中心都采用传统风冷散热。新技术方面国外用户尝试的比较多，还有利用高纬度地区冬天寒冷的空气进行散热、利用山洞、海水冷却等等，但在国内的推广却是凤毛麟角。之前笔者曾经采访过一家数据中心企业，很多年前他们在天津尝试过新风(自然风)冷却系统，但北方城市空气污染和腐蚀现象比较严重，最终只能继续改回传统空调风冷。不过随着技术的不断发展，现在也出现了更符合“国情”的空气过滤系统。
相比之下水冷更容易被国内用户接受，据了解，此次TOP500的冠军神威太湖之光就采用了水冷散热。而国内也有企业在内蒙、东北等高纬度地区建设自然风冷却数据中心，在除夏季之外的其他三个季节均可用新风冷却，极大降低冷却成本，加入空气过滤系统也可以减少空气腐蚀现象。新技术正在逐步被中国市场所接受。
本文作者：云中子
来源：51CTO
