Shell optimiert die HPC-Kapazität mit Netto-Null-Emissionen im Rechenzentrum von Houston

HPC-Kapazität mit geringeren Emissionen im Rechenzentrum von Shell in Houston optimieren

Rechenzentren vernetzen Lieferketten, ermöglichen Zusammenarbeit und Innovation, sorgen für die Informationssicherheit und halten Gesellschaft und Wirtschaft zunehmend am Laufen.

Der Einsatz datenintensiver Technologien wie KI, maschinelles Lernen und das Internet der Dinge steigert die Nachfrage nach Serverplatz exponentiell und stellt immer höhere Anforderungen an moderne Rechenzentren.
Shell plc (Shell Group) ist mit diesen Herausforderungen als Energienutzer und -anbieter direkt konfrontiert. Bei der Verwaltung der eigenen Rechenzentren erkennt die IT-Organisation, dass Performance, Kosten und Nachhaltigkeitsziele in Einklang gebracht werden müssen. Vor Kurzem stellte Shell Information Technology International (Shell IT) bei seinem HPC-Cluster (High-Performance Computing) in seinem Rechenzentrum in Houston fest, dass Penguin Computing Altus Server mit AMD EPYC Prozessoren in Kombination mit Immersionskühlungstechnologie ein wesentliches Puzzleteil sind, um die Performance im Verhältnis zu den Kosten zu optimieren und gleichzeitig die Systemeffizienz zu revolutionieren.

Dem steigenden Bedarf an Rechenleistung gerecht werden

„Die Shell Group hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 ein Energieunternehmen mit Netto-Null-Emissionen zu werden“, sagt Sjors van de Rijt, Global Head of Sustainability Partnership, Technology & Energy, Shell Energy. „Auf diesem Weg haben wir mehrere Rollen. Bei unseren Aktivitäten sind wir Energieerzeuger und -anbieter, selbst Energieverbraucher, aber auch Partner für den Wandel. Und zur Unterstützung all dieser Aktivitäten trägt unser HPC-Team von Shell IT dazu bei, dieses Ziel zu erreichen. Die Bereitstellung von Rechenanlagen für eine effizientere Exploration und Förderung von Öl und Erdgas ist ein wichtiger Teil dessen, was Shell IT liefert. Doch unsere Rechenanforderungen unterstützen zunehmend auch eine Reihe digitaler Initiativen, beispielsweise innovative Ladelösungen für Elektrofahrzeuge, die Gemeinden sicherer, sauberer und intelligenter miteinander verbinden können.“

Digitale Lösungen sind ein wesentlicher Bestandteil des Geschäfts der Shell Group und ein grundlegender Faktor für die Nachhaltigkeitsziele der Shell Group und deren Kunden. „Die Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für saubere Energiesysteme und trägt dazu bei, bestehende Betriebsabläufe zu optimieren und Emissionen genauer zu verfolgen und zu melden“, so van de Rijt. „Aber Digitalisierung bedeutet auch eine Zunahme von Daten und Auslastungen, die mehr Energie erfordern. Die Auswirkungen auf die System-Performance, die Kosten und den CO₂-Ausstoß sind das, woran mein Team bei Shell Energy gemeinsam mit den Kunden arbeitet, um eine Lösung zu finden.“

„Die Shell Group ist ein sehr großer Verbraucher von Daten, Datenspeicher und Analysen, die dann in maschinelles Lernen und KI einfließen“, sagt David Baldwin, High Performance Computing Manager, Shell IT. „Wir sind Nutzer und Käufer von Cloud-Plattformen, On-Premises-Diensten und digitalen Zwillingen. Über Shell Energy vermarkten wir auch Energie- und Effizienzlösungen für die Technologiebranche. Wir sind in allen Teilen dieser Wertschöpfungskette zu finden.“

„Wir verwenden eine breite Palette von Anwendungen“, sagt Baldwin. „Dazu gehören vorgelagerte Anwendungen, wie die seismische Verarbeitung, die Suche nach Öl- und Gasreserven und Ziele für die Kohlenstoffabscheidung. Shell IT unterstützt auch alles, von der Computerchemie über Strömungsdynamik und Reservoir Engineering bis hin zu intelligenten Grids sowie KI und maschinellem Lernen. Bei all diesen Anwendungen stimmen wir die Systeme ab, um die Performance und Kosteneffizienz zu optimieren. Wir implementieren intelligente Steuerungen, Virtualisierungssoftware und künstliche Intelligenz (KI), um Auslastungen intelligent zu verwalten, Rechenaufgaben gleichmäßiger zu verteilen und die Nutzungsraten zu maximieren.“

„Das Unternehmen verfügt über Daten aus mehreren Jahrzehnten. Die Verarbeitung dieser Daten stellt erhebliche Herausforderungen hinsichtlich des Stromverbrauchs dar, insbesondere da die Prozessorchip-Wattleistung weiter zunimmt“, so Baldwin weiter.

Das Rechenzentrum von Shell in Houston nutzt bereits zu 100 % erneuerbare Energie, die von Shell Energy North America geliefert wird. Die Herausforderung für das HPC-Team von Shell IT besteht darin, das PUE-Verhältnis (Power Usage Effectiveness, Effektivität des Stromverbrauchs) zu senken und gleichzeitig die Performance zu steigern. Dies motivierte das Upgrade auf Penguin Computing Altus Server, die mit AMD EPYC Prozessoren und Immersionskühlungstechnologie ausgestattet waren. „Penguin verfügt über 25 Jahre Erfahrung bei der Entwicklung und Bereitstellung großer HPC-Cluster, die einige der weltweit anspruchsvollsten Auslastungen ausführen“, sagt Phil Pokorny, Chief Technology Officer, Penguin Solutions. „Unsere Technologiepartnerschaften ermöglichen es uns, bei der Integration neuer und aufkommender Technologien, wie Immersionskühlung, eine Vorreiterrolle zu übernehmen.“

Kühlungsprobleme im Rechenzentrum lösen

Die Beziehung von Shell IT zu AMD EPYC Prozessoren reicht sechs Jahre zurück. „Wir haben einen Umstieg vorgenommen, weil die meisten unserer Anwendungen eine begrenzte Speicherbandbreite haben und AMD EPYC Chips in diesem Bereich Vorteile bieten“, sagt Baldwin. Während dieser Zeit begann Shell IT, mit Penguin Solutions als Technologiepartner zusammenzuarbeiten. „Wir erhalten mit Penguin frühzeitigen Zugang zu neuen Technologien.“

Shell IT arbeitete mit Penguin zusammen, um einen Weg zu finden, die zunehmend energieintensiven Prozessoren kühl zu halten. „Wir streben eine sehr hohe Speicherbandbreite bei unseren CPUs an“, sagt Baldwin. „Wir wählen immer entweder Top-Bin-Prozessoren oder Prozessoren, die eine Stufe darunter liegen. Allein in den letzten sechs Jahren sind wir von 140-Watt-Chips auf 360-Watt-Chips umgestiegen. Das hat uns zu einem Punkt gebracht, an dem die Luftkühlung nicht mehr ausreicht. Wir implementierten eine Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlung, waren aber der Meinung, dass wir den nächsten Schritt zur Immersionskühlung machen mussten. Wir verschieben weiterhin die Grenzen dessen, was in Bezug auf Performance, Effizienz und Nachhaltigkeit möglich ist.“

„Wenn wir die Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlung nutzen, deckt dies etwa zwei Drittel der Wärme im Server ab, die hauptsächlich von der CPU stammt“, sagt Baldwin. „Es bleibt noch das andere Drittel, das mit Luft abgekühlt werden soll, was aber ineffizient ist. Speicher und Netzwerke werden mit zunehmender Bandbreite immer mehr Strom benötigen. Dann gibt es noch die Speichergeräte. Mit der Immersionskühlung taucht man alles in eine nicht leitende (dielektrische) Flüssigkeit ein, die Wärme mehr als tausend Mal besser absorbiert als Luft, was die Fähigkeit, mit der erzeugten Wärme umzugehen, erheblich verbessert.“

Shell IT hat 864 Dual-Socket-Systeme in seinem neuen Rechenzentrum in Houston installiert und verwendet AMD EPYC 9654 CPUs der 4. Generation mit 96 Kernen für insgesamt 1.728 Prozessoren und 165.888 Kerne. „Im Vergleich zur 3. Generation erkennen wir bei den AMD Chips der 4. Generation eine deutliche Veränderung“, sagt Baldwin. „Sie können viel mehr leisten. Wir haben mehr Kerne und mehr Speicher. Wir waren in der Lage, aus unseren Investitionen mehr herauszuholen.“ Dies hat jedoch die Notwendigkeit einer effektiven Kühlung noch verstärkt. „Da wir mehr Kerne und eine höhere Wattleistung auf den Chips haben, ist der Verbrauch in unserem Rechenzentrum gestiegen. Wir betreiben luftgekühlte Racks mit ca. 30 kW. Wir können die Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlung mit ca. 60 kW pro Rack betreiben und die neuen immersionsgekühlten Maschinen mit ca. 100 kW pro Rack.“

Performance-Vorteile von Immersion

„Vor etwa zwei Jahren haben wir zum ersten Mal Immersionskühlung für unseren High-Performance-Computing-Cluster in einem Shell Rechenzentrum in Amsterdam bereitgestellt“, so Baldwin. „Beide verwenden Shell Immersionskühlflüssigkeiten, aber unsere neueste Anlage in Houston ist wesentlich größer und profitiert auch von erneuerbaren Energien und intelligenten Energiemanagementlösungen von Shell Energy.“ Shell Lubricants ist ein Pionier auf dem Gebiet der neuen Immersionskühlflüssigkeiten für Rechenzentren und nutzt diese Bereitstellungen zusammen mit Shell Energy, um vollständig integrierte, optimierte und skalierbare Lösungen für Unternehmens-HPC zu demonstrieren. „Bei Shell stehen unsere Geschäftsbereiche mit den eigenen Daten-Hosting- und Energieanforderungen vor denselben Herausforderungen wie unsere Kunden“, so van de Rijt. „Dadurch sind wir in einer einzigartigen Position, führende Unternehmen in der Technologiebranche und darüber hinaus durch Wissen aus erster Hand über Produkte und Dienstleistungen zu unterstützen, von denen wir glauben, dass sie entscheidend zur Erreichung ihrer Geschäfts- und Nachhaltigkeitsziele beitragen werden.“

Obwohl die Gesamtleistung pro Rack gestiegen ist, ist die Kerndichte der AMD EPYC Prozessoren eine wesentlich effizientere Lösung als Luftkühlung, da hier die Fläche des Rechenzentrums räumlich verteilt sein muss, um dieselbe Performance zu erzielen. „Je größer der Platzbedarf wird, desto schwieriger ist es, die Luft im Rechenzentrum zu verwalten“, sagt Baldwin. „Dies führt zu Hotspots. Es gibt auch Herausforderungen bei der Vernetzung. Wenn man alle Computer verteilt, benötigt man mehr Glasfaserkabel, was extrem teuer ist. Die Immersionskühlung ermöglicht es uns, mehr Knoten zu einer geringeren Leistungsdichte zu konsolidieren.“

„Als Betreiber von Rechenzentren glauben wir, dass die Immersionskühlung die Zukunft ist“, so Baldwin. „Penguin Solutions war uns eine sehr große Hilfe, die richtigen Technologien zusammenzubringen, um gemeinsam mit AMD die Geschäfts- und Nachhaltigkeitsziele von Shell IT zu erreichen. Preis, Performance und Speicherbandbreite der AMD EPYC CPUs sind perfekt für unsere Anforderungen. Sie sind einfach Weltklasse.“