Data Center Ein Erfahrungsbericht

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1 Leibniz-Rechenzentrum Data Center Ein Erfahrungsbericht Dr. Detlef Labrenz

2 Übersicht Leibniz-Rechenzentrum Gebäudeinfrastruktur Energieeffizienz - Kenngrößen - Stromverbrauch - Kühlung Zusammenfassung -2-

3 Aufgaben des LRZ München Bayern Deutschland&Europa 1. Gemeinsames wissenschaftliches Rechenzentrum der Münchner Hochschulen: > Studenten und Wissenschaftler 2. Landes-RZ für alle bayer. Hochschulen + weitere wiss. Einrichtungen Compute-Dienste (Spitzenbedarf); auch Housing Mail-, Web-, Hosting-, Cloud-Services, Landeslizenzen Backup- und Archivzentrum (40 Petabyte; > 10 Milliarden Dateien) IT-Kompetenzzentrum (Netze, HPC, Grid-Computing, IT- Management) 3. Nationales Supercomputer-Zentrum für universitäre Forschung: Gauß-Zentrum für Supercomputing mit Jülich und Stuttgart (Simulation als Erkenntnisquelle tritt zu Theorie und Experiment) 4. Seit 2012: europäisches Supercomputer-Zentrum -3-

4 Münchner Wissenschaftsnetz Betrieb zentraler Kommunikationsdienste, u.a Server, ca. 2 Mio. eingehende Mails/Tag (davon >98% Müll), ca. 175 Einrichtungen, > Mailboxen >400 (z.t. virtuelle) WWW-Server Betrieb von Firewalls, Intrusion-Detection-Systemen usw. Backbone und Gebäude-Netz (Univ.-Institutsnetze) 500 km Glasfaserkabel zwischen Gebäuden (innen: km) Gebäudenetz: strukturierte Verkabelung (Multimode-Glas und Kupfer/TP); >700 LANs in 60 Arealen (>440 Gebäude) Die aktiven Komponenten des MWN (> 1.000) beschafft das LRZ selbst (Bedingung: remote-managebarkeit) -4-

5 SuperMUC Konfiguration Visualization Internet Archive and Backup ~ 30 PB Snapshots/Replika 1.5 PB (separate fire section) NAS 80 Gbit/s Desaster Recovery Site $HOME 1.5 PB / 10 GB/s pruned tree (4:1) GPFS for $WORK $SCRATCH non blocking non blocking SB-EP 16 cores/node 2 GB/core WM-EX 40cores/node 6.4 GB/core 10 PB 200 GB/s Compute nodes 18 Thin node islands (each >8000 cores) Compute nodes 1 Fat node island (8200 cores) also used as Migration System I/O nodes

6 SuperMUC: IBM System x idataplex mit Warmwasserkühlung Torsten Bloth, IBM Lab Services - IBM Corporation idataplex DWC Rack w/ water cooled nodes (rear view of water manifolds) -6-

7 EVU Nachbargebäude Energieeffizientes HPC: Das Vier-Säulen-Modell Ziel: Verbesserung des PUE (Power Usage Effectiveness) Ziel: Reduzierung von Stromverbrauch Ziel: Optimierung Resourcenverbrauch, Systemtuning Ziel: Optimimierung Application Performance Gebäudeinfrastruktur HPC Systeme Hardware HPC System Software HPC Applicationen Data Center (Ziel: Minimierung von Total Cost of Operations ) -7-

8 Gebäudeinfrastruktur -8-

9 SuperMUC Interconnect ( RDHX ) Servers (25x KKT Kraus Racks) Servers ( 95x Racks) Network & Core Servers I Network & Core Servers II Kältemaschinen 5x+2x freie Kühlung (Winter) Rückkühlung Gelände Direkte Modul-Kühlung C Übersicht Kühlung und Klimatisierung Kühltürme (4x Gohl) Dach Präzisionskühler Dunstturm (1x Gohl) Kühltürme (2x Gohl + 5x Jäggi) 3.OG 2.OG KKG 5x KKG 4x 1.OG EG UG HRR NSR DAR WKZ Elektro KKG 3x+3x Trafo 6x+6x SuperMUC Compute Section ( 150 Racks) UKG 5x Disks Tape Libraries USV stat 3x+3x Mittel- SP SuperMUC Storage USV dyn. 3x+6x NSHVs UKG NEA UKG UKG 6x RLT 2x GEA RLT 2xGEA UKG RLT (2x) RLT (2x) KW-Verteiler/-Sammler Gelände Brunnen EG Wasseraufbereitung (3x Umkehrosmose) Kältemaschinen (2x McQuay + 5x Carrier)

10 Kühlungsinfrastruktur Equipment: - Kühltürme: Gohl, Jaeggi - Kältemaschinen: McQuay, CARRIER - UKG/KKG: GEA, WEISS, STULZ, RC Group - Pumpen: Grundfoss/ABB&KSB Messen: - Krohne (Durchfluss) - Calec (Wärme) - WIKA u.a. (Druck, Temperatur) Monitoring & Betrieb - JCI Metasys -10-

11 Funktionschema Kühlung und Heizung Leibniz-Rechenzentrum 11

12 Kenngrößen Leistungsaufnahme, Wärmeabgabe/Kältebedarf P, Q Power Usage Effectiveness (Rechenzentrum, Anlage) PUE = Gesamtleistung IT-Leistung Coefficient Of Performance (Gewerk/Einzelgerät) COP = Kälteleistung el. Leistung Power&Cooling Overhead (Gewerk/Einzelgerät) PCO = el. Leistung Infra. Subsystem IT-Leistung -12-

13 Kenngrößen (cont.) (1) P(DC) = P(IT) + P(EV) + P(KT) + P(Inst) (2) P(SuperMUC) = P(SuperMUC_IT) + P(SuperMUC_EV) + P(SuperMUC_KT) (3) PUE(SuperMUC) = P(SuperMUC) / P(SuperMUC_IT) = 1 + P(SuperMUC_EV) / P(SuperMUC_IT) + + P(SuperMUC_KT) / P(SuperMUC_IT) = 1 + PCO(SuperMUC_EV) +PCO(SuperMUC_KT) (4) P(SuperMUC_IT) = S [P(EV1HRR1..3)] (5) P(SuperMUC_EV) = S [P(EV1inUSV11..16) - P(EV1outUSV11..16)] (6) P(SuperMUC_KT) = funct. {P, Q} Wilde, T. et al.: DWPE, A New Data Center Energy-Efficiency Metric Bridging the Gap Between Infrastructure and Workload; in Proc. of 2014 Int. Conf. on High Performance Computing & Simulation (HPCS 2014), July 2014, p

14 Messung Leistungsaufnahme: Grundlagen Leistung (elektr.): P = I * U [kw] p(t) = i(t) * u(t) P = < p(t) > Arbeit: W = P * t [kwh] W = E(t2) E(t1) P = E(t2) E(t1) t2 t1 Gebäudeleittechnik (WinCC, M5i): P, E(ti) -14-

15 Übersicht Elektroversorgung

16 20kV Einspeisung: Vergleich -16-

17 20 kv Einspeisung: Differenz (cont.) -17-

18 20 kv Einspeisung: Differenz (cont.) -18-

19 20 kv Einspeisung: Lösung Measurement 20kV MS-Nord ( ) E(t+ t) = E(t) + ( t) [ (1 min) [< P >(1sec) ] ] -19-

20 Kühlung: Lastspitzen Jan

21 Kühlung: Lastspitzen Jan (cont.) -21-

22 Energieeffizienz SuperMUC Jan

23 Zusammenfassung Best Practices Data Center Infrastructure (1) Fix cooling first (2) Optimize electrical distribution (3) Measure and improve Chris Malone, Google Inc. Efficient Data Centers Anywhere (2011) -23-

24 -24-

25 ??? -25-

26 Danke!

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