Juni 2018

Dompel je hardware onder in medicinale olie

Haarlemse innovatie maakt koeling datacenters groener en goedkoper

De digitalisering trekt een zware wissel op het energiegebruik van datacenters. Zo’n twee procent van de nationale elektriciteitsvraag gaat naar datacenters, waar ventilatoren continu bezig zijn warmte weg te koelen. Dat kan efficiënter, ontdekte de start-up Aspertitas. Gewoon de hardware onderdompelen in olie.

Doorgaans worden de servers in datacenters gekoeld met lucht. Maar koelen met een vloeistof is veel efficiënter en een bijkomend voordeel is dat de vrijkomende warmte kan worden hergebruikt. De energiebesparing die hiermee kan worden behaald is enorm. Immersed computing noemt de Haarlemse startup Asperitas haar innovatie, en de internationale belangstelling voor de methode is groot. Wat de technologie uniek maakt, is de toepassing van natuurlijke convectie.
Aan de basis van immersed computing ligt total liquid cooling. Het is een techniek waarbij IT-hardware volledig wordt ondergedompeld (immersed) in vloeistof.

In vergelijking met luchtkoeling zijn de voordelen bijna te mooi om waar te zijn. Met immersed computing kunnen datacenters volgens Asperitas vijftig procent besparen op hun energiegebruik voor koeling.
En dat is nog niet alles. Ze kunnen ook het ruimtebeslag met een factor vijf omlaag brengen en 99 procent van de energie die je met deze techniek terugwint in de vorm van warm water, kan worden hergebruikt. Met de innovatieve koeltechnologie is de temperatuur van het warme koelwater tot 65 graden op te voeren. Voor cloudproviders zijn er nog meer voordelen: de prestatie van servers verbetert sterk. De modulaire immersed computing-systemen van Asperitas maken het daarmee mogelijk om datacenters circulair te exploiteren.

Voor alle datacenters

Asperitas heeft de innovatieve oplossing samengebracht in de module AIC24. De units zijn de helft zo hoog en in staat om maar liefst 288 graphics processing units (GPU’s) te koelen zonder actieve koeling. Was deze vorm van High Performance Computing vroeger voorbehouden aan academische organisaties en onderzoeksafdelingen, met de oplossing van Aspertas is deze technologie nu ook bereikbaar voor de commerciële (en kleinere) datacenters. Immers deze centra vragen ook steeds meer koelcapaciteit door de opkomst van blockchain en artificial intelligence. Asperitas laat bij EcoRacks in Eindhoven zien dat de toepassing van immersed computing kan leiden tot het een veel energie-efficiënter datacenter (zie kader).

Zware belasting digitale infrastructuur

Wat Asperitas bedacht heeft is een gesloten vloeistof-gekoeld systeem. De AIC24 is een plug-en-play-module waar de IT en ondersteunende infrastructuur zo veel mogelijk in is geïntegreerd. 'Het energiegebruik dat nodig is om servers in datacenters te koelen is schrikbarend hoog,' vertelt Maikel Bouricius. 'Sinds 2014 zijn we aanvankelijk alleen en in alle stilte naar een oplossing gaan zoeken’, vertelt de marketing manager van Asperitas. ‘Naast onze passie voor technologie hechten we veel waarde aan maatschappelijke relevantie van de technologie die we ontwikkelen. In het terugdringen van het energieverbruik van datacenters vonden wij onze grote uitdaging. Want nodig is het. Zeker nu digitale infrastructuren door de opmars van steeds weer nieuwe technologieën en mogelijkheden almaar zwaarder worden belast.

‘99 procent van de energie die immersed computing terugwint in de vorm van warm water, kan worden hergebruikt.’

Met de door ons ontwikkelde module kunnen we de ecologische footprint van IT en de daarvoor benodigde infrastructuur fors reduceren, terwijl we tegelijkertijd de IT efficiënter maken. Met onze units slagen we erin het vermogen of de capaciteit per vierkante meter te vergroten tot 22 kW IT load per module.'

Ontwikkelpartners

Bij de ontwikkeling van de koelunits heeft Asperitas later de samenwerking gezocht met verschillende ontwikkelpartners. De belangrijkste engineering partner is ADSE, een specialist met een achtergrond in luchtvaart-, ruimtevaart- en defensietechnologie. De productie van de AIC24-unit vindt plaats in Nederland, bij Brink Industrial. Een andere belangrijke partner is de Universiteit van Leeds. Onderzoekers van dit instituut zijn vergevorderd op het gebied van vloeistofkoeling voor datacenters en zijn betrokken bij verschillende lopende pilots. Op dit moment loopt er bijvoorbeeld een pilot met de Vienna Scientific Cluster (VSC), een datacenter-infrastructuur waar vijf Oostenrijkse universiteiten gebruik van maken.

EcoRacks uit Eindhoven heeft wereldprimeur

De eerste modules op basis van de immersed computing-technologie staan sinds enkele maanden in Eindhoven bij het groene datacenter EcoRacks. Het datacenter bedient bedrijven in het midden- en kleinbedrijf met opslagruimte ‘in the cloud’. Het verschil met een gangbaar datacenter is groot. In een gedeelte van het EcoRacks-pand wordt op dit moment nog traditioneel met lucht gekoeld. In dat deel van het pand domineren de ventilatoren, die door de luchtstroming een flink geluid veroorzaken. Staande in het groene datacenter waar de AIC24-units van Asperitas staan opgesteld, is slechts een licht gezoem hoorbaar. Ook wanneer in de nabije toekomst veel meer klanten hun data bij EcoRacks in de cloud opslaan, zal het datacenter fysiek niet hoeven uit te breiden omdat de AIC24-units slechts een beperkte ruimte vragen.
Hoewel de start-up uit Haarlem met de ontwikkeling van het concept vooral heeft gekeken naar de grote cloud-leveranciers, is het modulaire concept volgens Maikel Bouricius ook zeker geschikt voor kleinere partijen. 'Met luchtkoeling kun je per rack maximaal voor 6 kW aan apparatuur kwijt, terwijl dat met onze immersed computing-technologie maar liefst 30 kW is', aldus de marketingmanager van Asperitas. In het groene datacenter van EcoRacks heeft een klant uit de wereld van de cryptomunten computers in gebruik voor berekeningen voor een blockchain en het 'minen' van een digitale munt. ‘Immersed computing is bij uitstek geschikt voor het laten draaien van rekencomputers en opslag op moderne flashgeheugens,' zegt Bouricius. Eind dit jaar verwacht EcoRacks een andere grote hal te kunnen inrichten als datacenter met vloeistofkoeling. Dan kan volgens Willem Jan Withagen van EcoRacks ook een andere groene ambitie worden ingevuld: het leveren van de restwarmte uit de koeling aan een klein warmtenet voor woningen en bedrijven in de directe nabijheid van het datacenter. De oprichter van het Eindhovense bedrijf is erg ingenomen met de innovatieve koeltechnologie van Asperitas in hun datacentrum: 'We zijn de eerste op de wereld die zoiets hebben staan. We gaan nu zuiniger met energie om en kunnen ook nog eens een betere prijs aan onze klanten aanbieden.'
Volgens Withagen is deze technologie ook nog eens goedkoper, al is dat voor hem van secundair belang. ‘Als industrie staan we op een drempel. We moeten namelijk echt bescheidener met energie omgaan. Datacenters gebruiken een ongelooflijke hoeveelheid energie. Als ik die energiebehoefte sterk kan reduceren met een innovatieve oplossing, dan wil ik daar graag mijn steentje aan bijdragen.'
Bij de installatie van de koelunits had de installateur er nauwelijks werk aan. Het was een kwestie van voeding naar de units brengen en zorgen dat het warme water kan worden afgevoerd. Die restwarmte gaat nu nog verloren. Bij de uitbreiding van het datacenter moet dat absoluut anders, vindt Withagen. 'De buurman wil heel graag zijn vloerverwarming erop aansluiten en we gaan kijken hoe we dat kunnen leveren. In de nabije toekomst willen we de hele buurt verwarmen met ons datacenter.'

Watergebaseerde warmtewisselaar

De door Asperitas bedachte oplossing wordt door de internationale industrie ook wel beschreven als een ‘datacenter in een box’. Het principe van ‘liquid cooling’ is overigens niet nieuw. IBM patenteerde de oplossing jaren geleden al en paste de techniek op grote schaal toe bij het koelen van mainframes. Asperitas bedacht echter een manier om de hardware compleet onder te dompelen in niet-geleidende medicinale olie. Deze vloeistof wordt dankzij een ingenieus circulatiesysteem, zonder bewegende onderdelen, door water gekoeld en op basis van natuurlijke convenctie in het bad gecirculeerd. 'Feitelijk is het een watergebaseerde warmtewisselaar'vertel Bouricius. 'Het mooie is dat de olie in het bad relatief warm mag worden, tot zo’n 65 graden.

'Met immersed computing kunnen datacenters vijftig procent besparen op hun energiegebruik voor koeling.'

Er kan dus relatief warm water gebruikt worden om de olie precies genoeg af te koelen.' Het systeem gaat uit van het containment-principe, de olie hoeft het bad nooit meer uit. In het dubbelwandige bad bevinden zich de speciaal hiervoor geassembleerde IT-systemen, stroomverdelers en netwerkcomponenten. Alles is geïntegreerd in één chassis. Bouricius: 'Op deze manier hebben we een plug-and-play systeem gecreëerd dat bovendien zeer eenvoudig is op te schalen. Daarmee kunnen we de complexiteit van het datacenter sterk verkleinen. Want er zijn geen verhoogde vloeren meer nodig en ook geen gescheiden systemen met ingewikkelde koelzones. De enige vereisten zijn stroom, een netwerk en water. Op die manier kun je zes tot acht serverracks vervangen voor een van onze modules. Voor zowel publieke als private datacenters biedt dit enorme kansen in besparingen op energie en noodstroomvoorzieningen, maar ook in het kunnen opschalen van de capaciteit.' <

Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: Industrie