Hochleistungsrechner und die auf ihnen durchgeführten Simulationen sind für die Forschung unentbehrlich, wo die Theorie an ihre Grenzen stösst oder Experimente nicht möglich sind. Das Nationale Hochleistungsrechenzentrum (CSCS) entwickelt und betreibt deshalb eine Infrastruktur für Hochleistungsrechner und Datenforschung, die die Wissenschaft in der Schweiz – so auch die Forschung am CERN und dem Paul Scherrer Institut (PSI) – auf höchstem Niveau unterstützt.

Der Strombedarf des CSCS wird zu 100% aus Wasserkraft bezogen und ist CO2-neutral. Der Energieverbrauch des gesamten CSCS belief sich 2021 auf rund 37 Gigawattstunden bei einer mittleren Leistung von ungefähr 4 Megawatt. Zum Vergleich: Die Forschungsanlagen CERN und PSI haben laut jüngsten Medienmeldungen einen Strombedarf von 1300 Gigawattstunden respektive 126 Gigawattstunden.

Unter anderem betreibt das CSCS den Rechner von Meteo Schweiz und weitere Systeme, die im Auftrag von Partnern am CSCS betrieben werden. Ausserdem hostet das CSCS den ETH-Rechner Euler. Die im Auftrag betriebenen Systeme machen rund 35% des Gesamtenergiebedarfs des CSCS aus.

Seine Energieeffizienz verdankt das Rechenzentrum vor allem seiner Kühlung mit Seewasser aus dem Luganer See. Die Kühlungsinfrastruktur ist darauf ausgerichtet, in einem ersten Kühlkreislauf Hochleistungsrechner mit einer Leistung von bis zu 14 Megawatt zu kühlen. Über diesen Kühlkreislauf wird zudem im Sommer auch das Bürogebäude des CSCS gekühlt.

Nach dem ersten Kühldurchlauf ist das dabei erwärmte Wasser im zweiten Kreislauf noch in der Lage, Rechner mit einer Gesamtleistung von bis zu 7 Megawatt zu kühlen. Der zweite Kreislauf kühlt hierfür unter anderem die Luft von Gehäusen – sogenannte Kühlinseln –, in denen diese kleineren Systeme und Datenspeicher untergebracht sind.

Beheizt wird das CSCS mit der Abwärme des Rücklaufs des zweiten Kühlkreislaufes zusammen mit einer Wärmepumpe. Der Heizungsvorlauf ist mit 30 Grad Celsius niedrig. Für die Beheizung im Winter und die Kühlung im Sommer wird im Bürogebäude ein und dieselbe Infrastruktur genutzt.

Um den Energiebedarf zu optimieren und die genutzte Energie wo möglich noch weiter zu verwenden, hat das CSCS in den vergangenen Jahren weitere innovative Massnahmen getroffen: Bevor das Wasser, zurück in der Pumpstation, wieder in den See eintritt, treibt es zwei Mikroturbinen zur Stromproduktion an. Der von der Turbine erzeugte Strom deckt mit 200 Megawattstunden pro Jahr über 30% des Energiebedarfs der Pumpe ab, die das Wasser über eine Distanz von 2,8 Kilometern und 30 Meter bergauf ins Rechenzentrum pumpt.

Die Abwärme der Rechner wird nicht nur zum Heizen des CSCS-Bürogebäudes genutzt. Gemeinsam mit dem Tessiner Elektrizitätslieferanten AIL (Aziende Industriali Lugano) wurde eine Infrastruktur aufgebaut, die die Stadt Lugano sowie den neuen Campus der Università della Svizzera italiana mit der Fachhochschule SUPSI mit Wärme versorgt. Der Campus nutzt pro Jahr rund 742 Megawattstunden Wärmeenergie zum Heizen der Gebäude. Die AIL baut derzeit zudem ein Wärmekraftwerk, das es ermöglicht, aus der Abwärme des CSCS weitere sechs Megawatt Wärmeleistung zu produzieren. Die Wärmeleistung kann in Kombination mit Wärmepumpen auf bis zu 30 Megawatt gesteigert werden. (Simone Ulmer / ETH News)