فناوری خنک کننده غوطه ور: آینده مدیریت حرارت مرکز داده

از آنجایی که مصرف برق رک به سطوح بی‌سابقه‌ای افزایش می‌یابد، صنعت مرکز داده دستخوش یک تحول عظیم است. مراکز داده با استفاده از برنامه‌های کاربردی هوش مصنوعی (AI) و محاسبات با کارایی بالا (HPC) با محاسبات فشرده، به سرعت از استفاده از استراتژی‌های خنک‌کننده هوا برای قفسه‌هایی با اتلاف 10 تا 20 کیلووات به سیستم‌های خنک‌کننده‌ای نیاز دارند که قادر به مدیریت 120 کیلووات برق NDI راک سیاه هستند. برای نیازهای خنک کننده یک کابینت سرور!

فن‌آوری سنتی خنک‌کننده هوا دیگر برای پاسخگویی به چنین تقاضاهای اتلاف حرارت زیاد کافی نیست و راه را برای توسعه راه‌حل‌های خنک‌کننده مایع پیشرفته هموار می‌کند. گزینه های جریان اصلی خنک کننده مایع در درجه اول به دو دسته تقسیم می شوند:"مستقیم به تراشه"و"غوطه ور شدن"خنک کننده برخلاف روش‌های سنتی خنک‌کننده هوا، این فناوری‌ها از محیط‌های مایع مانند آب یا سیالات عایق برای دفع گرما از تجهیزات استفاده می‌کنند.

این مقاله بررسی می کندتکنولوژی خنک کننده غوطه وری، تجزیه و تحلیل اصول کار، مزایا، چالش ها و کاربردهای بالقوه آن در محیط های پرقدرت.

فناوری خنک کننده غوطه وری: اجزای کاملاً غوطه ور

فناوری خنک کننده غوطه ور، سرورها و سایر قطعات الکترونیکی را به طور کامل در یک مایع عایق غوطه ور می کند. از آنجایی که تجهیزات در حین کار گرما تولید می کنند، این گرما به محیط خنک کننده اطراف منتقل می شود. مایع گرم شده به سطح بالا می رود، به سیستم خنک کننده هدایت می شود تا گرما را دفع کند و سپس به مخزن مایع اولیه که تجهیزات در آن قرار دارد باز می گردد.

دو نوع خنک کننده غوطه وری وجود دارد:

1. خنک کننده غوطه وری تک فاز

این سیستم تمام سرورها و تجهیزات IT را به طور کامل در یک مایع عایق غوطه ور می کند. هنگامی که دمای قطعاتی مانند CPU یا GPU افزایش می یابد، سیال گرمای تولید شده را جذب می کند. سیال گرم شده سپس به یک واحد تبادل حرارتی پمپ می شود که در آنجا خنک می شود و سیال خنک شده به مخزن مایع تجهیزات بازگردانده می شود.

مزایا:

●جذب کامل حرارت:تمام گرمای تولید شده توسط سرورها (GPU، CPU، ماژول های حافظه و غیره) توسط سیستم خنک کننده جمع آوری و دفع می شود.

●مایع عایق:تضمین می کند که قطعات در برابر اتصال کوتاه محافظت می شوند.

چالش ها:

●محدودیت های توان طراحی حرارتی (TDP):هنگامی که TDP پردازنده گرافیکی از 700 وات فراتر رود، غوطه وری تک فاز ممکن است برای ارائه خنک کننده موثر مشکل داشته باشد.

●سرمایه گذاری زیرساختی:سرمایه گذاری های قابل توجهی برای طراحی مجدد زیرساخت مرکز داده، از جمله مخازن مایعات بزرگ و سنگین مورد نیاز است. این باعث می‌شود که آن را برای مراکز داده جدید یا امکانات موجود که می‌توانند بازسازی‌های بزرگ و تقویت‌کننده‌های ساختاری را در خود جای دهند، مناسب‌تر است.

●سازگاری با مایعات عایق:تمام اجزاء (سرورها، کانکتورها، بردهای مدار چاپی و غیره) برای جلوگیری از آسیب باید با مایع عایق سازگار باشند. این اغلب به تجهیزات سفارشی یا تغییراتی در سرورها نیاز دارد.

●بازطراحی های مکانیکی:برخی از اجزای سرور، مانند کانکتورهای فیبر نوری، در یک محیط غوطه ور به درستی کار نمی کنند و نیاز به تغییرات مکانیکی دارند.

●خطر آتش سوزی:سیالات مورد استفاده در خنک سازی غوطه وری، اغلب مبتنی بر هیدروکربن، قابل اشتعال هستند و در صورت وقوع آتش سوزی در مرکز داده، خطرات قابل توجهی را به همراه دارند.

●مشکلات نگهداری:هر کار تعمیر و نگهداری نیاز به جرثقیل برای حذف سرورها از مخزن مایع دارد و به دنبال آن یک دوره انتظار 30 دقیقه ای برای تخلیه مایع قبل از شروع تعمیرات وجود دارد.

●مسائل آلودگی:اگر سیال خنک کننده آلوده شود (مثلاً آب)، مخزن باید تخلیه و تمیز شود، که می تواند تا یک روز منجر به خرابی شود.

2. خنک کننده غوطه وری دو فاز

این سیستم مانند غوطه وری تک فاز، سرورها و تجهیزات فناوری اطلاعات را در یک مایع عایق غوطه ور می کند. با این حال، هنگامی که اجزا گرم می شوند، مایع شروع به جوشیدن می کند و بخار تولید می کند. این بخار به بالای مخزن مایع بالا می رود، جایی که یک شبکه لوله آب خنک کننده نصب شده است. بخار در تماس با لوله های خنک کننده متراکم می شود و دوباره به مایع تبدیل می شود و دوباره به مخزن می چکد. در همین حال، آب گرم شده در لوله های خنک کننده، گرما را از تجهیزات دور کرده و از مرکز داده خارج می کند.

مزایا:

●جذب کامل حرارت:مانند غوطه وری تک فاز، این سیستم به طور کامل تمام گرمای سرورها (GPU، CPU، ماژول های حافظه و غیره) را برای خنک سازی کارآمد جذب می کند.

●پشتیبانی از TDP های بالا:خنک کننده غوطه وری دو فاز می تواند بارهای حرارتی بسیار بیشتری را در مقایسه با سیستم های تک فاز تحمل کند.

●مایع عایق:از اتصال کوتاه جلوگیری می کند و عملکرد ایمن تجهیزات را تضمین می کند.

چالش ها:

●سازگاری با مایعات عایق:مانند غوطه وری تک فاز، همه اجزا باید با مایع عایق سازگار باشند تا از آسیب دیدن آنها جلوگیری شود که نیاز به تجهیزات تخصصی یا تغییرات سرور دارد.

●آسیب حفره ای:فرآیند جوش در سیستم های دو فاز می تواند باعث ایجاد کاویتاسیون شود که ممکن است به اجزای فناوری اطلاعات، بردهای مدار چاپی و اتصالات لحیم کاری آسیب برساند.

●سرمایه گذاری زیرساختی:مانند سیستم های تک فاز، خنک کننده غوطه وری دو فاز نیازمند سرمایه گذاری سنگین در زیرساخت ها، از جمله مخازن بزرگ و سازه های ساختمانی تقویت شده برای تحمل وزن اضافی است.

●چالش های نگهداری:با توجه به وزن مخازن و دستگاه های غوطه وری، کار تعمیر و نگهداری معمولاً به جرثقیل نیاز دارد که منجر به توقف طولانی مدت می شود.

●اثرات زیست محیطی:هر بار که مخزن مایع برای نگهداری باز می شود، بخارات مواد پرفلوئوروآلکیل (PFAS) در اتمسفر آزاد می شود. این منجر به از دست دادن سالانه حدود 10٪ از مایع خنک کننده (صدها لیتر) می شود که به نگرانی های زیست محیطی کمک می کند.

نتیجه گیری: آینده خنک سازی مرکز داده

فناوری خنک‌کننده غوطه‌وری، با توانایی آن در مدیریت بارهای حرارتی بسیار بالا به‌طور کارآمد، به سرعت به یک راه‌حل کلیدی برای مراکز داده مدرن، به‌ویژه مراکزی که برای پشتیبانی از هوش مصنوعی، HPC و سایر برنامه‌های فشرده طراحی شده‌اند، تبدیل می‌شود. در حالی که مزایای واضحی برای این سیستم ها از نظر مدیریت گرما و بهره وری انرژی وجود دارد، الزامات زیرساختی قابل توجه، پتانسیل اثرات زیست محیطی و چالش های نگهداری باید به دقت در نظر گرفته شوند.

از آنجایی که تقاضا برای محاسبات با کارایی بالا همچنان در حال رشد است، سیستم های خنک کننده غوطه وری نقش مهمی در حصول اطمینان از اینکه مراکز داده می توانند به طور موثر مقیاس شوند و در عین حال نیازهای افزایش مصرف انرژی و اتلاف گرما را مدیریت کنند، ایفا می کنند.

درفناوری Tongyu، ما پیشرو در ارائه راه حل های حرارتی هستیم. برای دریافت راه حل های خنک کننده سفارشی متناسب با نیازهای مرکز داده خود، با ما تماس بگیرید.