इमर्शन कूलिंग टेक्नोलॉजी: डेटा सेंटर हीट मैनेजमेंट का भविष्य

जैसे-जैसे रैक बिजली की खपत अभूतपूर्व स्तर तक बढ़ती जा रही है, डेटा सेंटर उद्योग एक बड़े बदलाव से गुजर रहा है। कम्प्यूट-इंटेंसिव आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI) और हाई-परफॉरमेंस कंप्यूटिंग (HPC) अनुप्रयोगों द्वारा संचालित, डेटा सेंटरों ने 10-20 किलोवाट तक की बिजली को नष्ट करने वाले रैक के लिए एयर कूलिंग रणनीतियों का उपयोग करने से लेकर अब NVIDIA के ग्रेस ब्लैकवेल सुपरचिप्स द्वारा संचालित 120-किलोवाट रैक को संभालने में सक्षम कूलिंग सिस्टम की आवश्यकता तक तेजी से बदलाव किया है - केवल एक सर्वर कैबिनेट की कूलिंग आवश्यकताओं के लिए!

पारंपरिक एयर कूलिंग तकनीक अब इतनी अधिक गर्मी अपव्यय मांगों को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं है, जिससे उन्नत लिक्विड कूलिंग समाधानों के विकास का मार्ग प्रशस्त होता है। वर्तमान मुख्यधारा लिक्विड कूलिंग विकल्प मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित हैं:"डायरेक्ट-टू-चिप"और"विसर्जन"शीतलन। पारंपरिक वायु शीतलन विधियों के विपरीत, ये प्रौद्योगिकियां उपकरण से गर्मी को नष्ट करने के लिए पानी या इन्सुलेटिंग तरल पदार्थ जैसे तरल माध्यमों का उपयोग करती हैं।

यह लेख इस बात पर प्रकाश डालता हैविसर्जन शीतलन प्रौद्योगिकीइसके कार्य सिद्धांतों, लाभों, चुनौतियों और उच्च शक्ति वाले वातावरण में इसके संभावित अनुप्रयोगों का विश्लेषण किया गया।

विसर्जन शीतलन प्रौद्योगिकी: पूर्णतः जलमग्न घटक

इमर्शन कूलिंग तकनीक सर्वर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को एक इन्सुलेटिंग लिक्विड में पूरी तरह से डुबो देती है। जैसे ही उपकरण संचालन के दौरान गर्मी उत्पन्न करता है, यह गर्मी आसपास के कूलिंग माध्यम में स्थानांतरित हो जाती है। गर्म तरल सतह पर उठता है, गर्मी को खत्म करने के लिए कूलिंग सिस्टम में निर्देशित होता है, और फिर उपकरण को रखने वाले प्रारंभिक तरल भंडार में वापस आ जाता है।

विसर्जन शीतलन के दो प्रकार हैं:

1. एकल-चरण विसर्जन शीतलन

यह सिस्टम सभी सर्वर और आईटी उपकरणों को एक इन्सुलेटिंग लिक्विड में पूरी तरह से डुबो देता है। जब सीपीयू या जीपीयू जैसे घटकों का तापमान बढ़ता है, तो तरल पदार्थ उत्पन्न गर्मी को अवशोषित कर लेता है। गर्म तरल पदार्थ को फिर एक हीट एक्सचेंज यूनिट में पंप किया जाता है जहां इसे ठंडा किया जाता है, और ठंडा तरल पदार्थ उपकरण के तरल भंडार में वापस आ जाता है।

लाभ:

●पूर्ण ऊष्मा अवशोषण:सर्वरों (जीपीयू, सीपीयू, मेमोरी मॉड्यूल, आदि) द्वारा उत्पन्न समस्त ऊष्मा को शीतलन प्रणाली द्वारा एकत्रित और नष्ट कर दिया जाता है।

●इन्सुलेटिंग तरल:यह सुनिश्चित करता है कि घटक शॉर्ट सर्किट से सुरक्षित रहें।

चुनौतियाँ:

●थर्मल डिज़ाइन पावर (टीडीपी) सीमाएँ:जब GPU का TDP 700 वाट से अधिक हो जाता है, तो एकल-चरण विसर्जन प्रभावी शीतलन प्रदान करने में संघर्ष कर सकता है।

●बुनियादी ढांचे में निवेश:डेटा सेंटर के बुनियादी ढांचे को फिर से डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता है, जिसमें बड़े, भारी तरल भंडार शामिल हैं। यह इसे नए डेटा सेंटर या मौजूदा सुविधाओं के लिए बेहतर बनाता है जो बड़े पैमाने पर नवीनीकरण और संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण को समायोजित कर सकते हैं।

●इन्सुलेटिंग तरल पदार्थों के साथ संगतता:सभी घटकों (सर्वर, कनेक्टर, प्रिंटेड सर्किट बोर्ड, आदि) को नुकसान से बचाने के लिए इंसुलेटिंग लिक्विड के साथ संगत होना चाहिए। इसके लिए अक्सर कस्टम उपकरण या सर्वर में संशोधन की आवश्यकता होती है।

●यांत्रिक पुन: डिज़ाइन:कुछ सर्वर घटक, जैसे फाइबर ऑप्टिक कनेक्टर, विसर्जन वातावरण में ठीक से काम नहीं करते हैं और उन्हें यांत्रिक संशोधन की आवश्यकता होती है।

●अग्नि खतरा:इमर्शन कूलिंग में प्रयुक्त तरल पदार्थ, जो प्रायः हाइड्रोकार्बन आधारित होते हैं, ज्वलनशील होते हैं तथा डेटा सेंटर में आग लगने पर काफी खतरा पैदा करते हैं।

● रखरखाव संबंधी कठिनाइयाँ:किसी भी रखरखाव कार्य के लिए सर्वरों को द्रव भंडार से निकालने के लिए क्रेन की आवश्यकता होती है, जिसके बाद मरम्मत शुरू होने से पहले द्रव के निकलने के लिए 30 मिनट की प्रतीक्षा अवधि होती है।

●संदूषण संबंधी मुद्दे:यदि शीतलन द्रव संदूषित हो जाता है (उदाहरण के लिए, पानी), तो जलाशय को खाली करके साफ करना आवश्यक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक दिन तक का डाउनटाइम हो सकता है।

2. दो-चरण विसर्जन शीतलन

सिंगल-फ़ेज़ इमर्शन की तरह, यह सिस्टम सर्वर और आईटी उपकरणों को एक इन्सुलेटिंग लिक्विड में डुबो देता है। हालाँकि, जब घटक गर्म हो जाते हैं, तो द्रव उबलने लगता है और भाप उत्पन्न करता है। यह भाप तरल जलाशय के शीर्ष पर चढ़ जाती है, जहाँ एक कूलिंग वॉटर पाइप नेटवर्क स्थापित होता है। कूलिंग पाइप के संपर्क में आने पर भाप संघनित हो जाती है, वापस तरल में बदल जाती है और जलाशय में वापस टपकती है। इस बीच, कूलिंग पाइप में गर्म पानी गर्मी को उपकरणों से दूर और डेटा सेंटर से बाहर ले जाता है।

लाभ:

●पूर्ण ऊष्मा अवशोषण:एकल-चरण विसर्जन की तरह, यह प्रणाली कुशल शीतलन के लिए सर्वर (जीपीयू, सीपीयू, मेमोरी मॉड्यूल, आदि) से सभी गर्मी को पूरी तरह से अवशोषित करती है।

●उच्च टीडीपी का समर्थन करता है:दो-चरणीय विसर्जन शीतलन, एकल-चरणीय प्रणालियों की तुलना में बहुत अधिक ताप भार को संभाल सकता है।

●इन्सुलेटिंग तरल:शॉर्ट सर्किट को रोकता है, तथा उपकरणों का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करता है।

चुनौतियाँ:

●इन्सुलेटिंग तरल पदार्थों के साथ संगतता:एकल-चरण विसर्जन के समान, सभी घटकों को क्षति से बचने के लिए इन्सुलेटिंग तरल के साथ संगत होना चाहिए, जिसके लिए विशेष उपकरण या सर्वर संशोधन की आवश्यकता होगी।

●कैविटेशन क्षति:दो-चरण प्रणालियों में उबलने की प्रक्रिया से कैविटेशन हो सकता है, जिससे आईटी घटकों, मुद्रित सर्किट बोर्डों और सोल्डर जोड़ों को नुकसान हो सकता है।

●बुनियादी ढांचे में निवेश:एकल-चरण प्रणालियों की तरह, दो-चरण विसर्जन शीतलन के लिए भी बुनियादी ढांचे में भारी निवेश की आवश्यकता होती है, जिसमें बड़े जलाशय और अतिरिक्त भार को समायोजित करने के लिए प्रबलित भवन संरचनाएं शामिल हैं।

● रखरखाव की चुनौतियाँ:जलाशयों और विसर्जन उपकरणों के वजन के कारण, रखरखाव कार्य के लिए आमतौर पर क्रेन की आवश्यकता होती है, जिसके कारण लंबे समय तक काम बंद करना पड़ता है।

●पर्यावरणीय प्रभाव:हर बार जब रखरखाव के लिए तरल भंडार खोला जाता है, तो परफ्लुओरोएल्काइल पदार्थ (PFAS) वाष्प वायुमंडल में छोड़े जाते हैं। इसके परिणामस्वरूप शीतलन द्रव (सैकड़ों लीटर) का लगभग 10% वार्षिक नुकसान होता है, जो पर्यावरण संबंधी चिंताओं में योगदान देता है।

निष्कर्ष: डेटा सेंटर कूलिंग का भविष्य

अत्यधिक उच्च ताप भार को कुशलतापूर्वक संभालने की अपनी क्षमता के साथ, इमर्शन कूलिंग तकनीक आधुनिक डेटा केंद्रों के लिए तेज़ी से एक महत्वपूर्ण समाधान बन रही है, विशेष रूप से वे जो AI, HPC और अन्य गहन अनुप्रयोगों का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। जबकि गर्मी प्रबंधन और ऊर्जा दक्षता के संदर्भ में इन प्रणालियों के स्पष्ट लाभ हैं, महत्वपूर्ण बुनियादी ढाँचे की आवश्यकताओं, पर्यावरणीय प्रभाव की संभावना और रखरखाव चुनौतियों पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए।

चूंकि उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग की मांग लगातार बढ़ रही है, इसलिए इमर्शन कूलिंग प्रणालियां यह सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार हैं कि डेटा सेंटर अपनी बढ़ती हुई बिजली खपत और गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं का प्रबंधन करते हुए प्रभावी ढंग से स्केल कर सकें।

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