Onderdompelingskoelingtechnologie: de toekomst van warmtebeheer in datacenters

Nu het rack-stroomverbruik tot ongekende hoogten stijgt, ondergaat de datacenterindustrie een enorme transformatie. Aangedreven door rekenintensieve Artificial Intelligence (AI) en High-Performance Computing (HPC)-toepassingen, zijn datacenters snel overgestapt van het gebruik van luchtkoelingsstrategieën voor racks die 10-20 kilowatt dissiperen naar het nu vereisen van koelsystemen die 120-kilowatt-racks aankunnen, aangestuurd door NVIDIA's Grace Blackwell-superchips, alleen voor de koelbehoeften van een enkele serverkast!

Traditionele luchtkoelingstechnologie is niet langer voldoende om aan zulke hoge warmteafvoereisen te voldoen, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van geavanceerde vloeistofkoelingsoplossingen. De huidige gangbare vloeistofkoelingsopties zijn voornamelijk verdeeld in twee categorieën:"direct-naar-chip"En"onderdompeling"koeling. In tegenstelling tot traditionele luchtkoelingsmethoden gebruiken deze technologieën vloeibare media zoals water of isolerende vloeistoffen om warmte van de apparatuur af te voeren.

Dit artikel onderzoektdompelkoelingstechnologie, waarbij de werkingsprincipes, voordelen, uitdagingen en mogelijke toepassingen in omgevingen met een hoog vermogen worden geanalyseerd.

Onderdompelingskoelingtechnologie: volledig ondergedompelde componenten

Immersiekoelingstechnologie dompelt servers en andere elektronische componenten volledig onder in een isolerende vloeistof. Omdat de apparatuur tijdens de werking warmte genereert, wordt deze warmte overgedragen aan het omringende koelmedium. De verwarmde vloeistof stijgt naar de oppervlakte, wordt naar het koelsysteem geleid om de warmte af te voeren en keert vervolgens terug naar het oorspronkelijke vloeistofreservoir waarin de apparatuur zich bevindt.

Er zijn twee soorten immersiekoeling:

1. Enkelfasige dompelkoeling

Dit systeem dompelt alle servers en IT-apparatuur volledig onder in een isolerende vloeistof. Wanneer de temperatuur van componenten zoals CPU's of GPU's stijgt, absorbeert de vloeistof de gegenereerde warmte. De verwarmde vloeistof wordt vervolgens naar een warmtewisselaar gepompt waar deze wordt gekoeld, en de gekoelde vloeistof wordt teruggevoerd naar het vloeistofreservoir van de apparatuur.

Voordelen:

●Volledige warmteabsorptie:Alle warmte die door servers (GPU, CPU, geheugenmodules, etc.) wordt gegenereerd, wordt verzameld en afgevoerd door het koelsysteem.

●Isolerende vloeistof:Zorgt ervoor dat de componenten beschermd blijven tegen kortsluiting.

Uitdagingen:

●Beperkingen van het thermische ontwerpvermogen (TDP):Wanneer de TDP van de GPU hoger is dan 700 watt, kan het zijn dat de enkelfase-immersie niet voor effectieve koeling kan zorgen.

●Infrastructuurinvesteringen:Er zijn aanzienlijke investeringen nodig voor het herontwerp van datacenterinfrastructuur, inclusief grote, zware vloeistofreservoirs. Dit maakt het beter geschikt voor nieuwe datacenters of bestaande faciliteiten die grootschalige renovaties en structurele versterkingen kunnen accommoderen.

●Compatibiliteit met isolatievloeistoffen:Alle componenten (servers, connectoren, printplaten, etc.) moeten compatibel zijn met de isolatievloeistof om schade te voorkomen. Hiervoor is vaak aangepaste apparatuur of aanpassingen aan de servers nodig.

●Mechanische herontwerpen:Sommige servercomponenten, zoals glasvezelconnectoren, functioneren niet goed in een immersieomgeving en vereisen mechanische aanpassingen.

●Brandgevaar:De vloeistoffen die bij dompelkoeling worden gebruikt, zijn vaak op koolwaterstoffen gebaseerd en zijn brandbaar. Ze vormen een groot risico als er brand uitbreekt in het datacenter.

●Onderhoudsproblemen:Bij onderhoudswerkzaamheden moeten de servers met behulp van kranen uit het vloeistofreservoir worden gehaald. Hierna volgt een wachttijd van 30 minuten zodat de vloeistof kan weglopen, voordat met de reparaties kan worden begonnen.

●Problemen met besmetting:Als de koelvloeistof verontreinigd raakt (bijvoorbeeld door water), moet het reservoir worden afgetapt en gereinigd. Dit kan leiden tot een stilstand van maximaal een dag.

2. Twee-fase dompelkoeling

Vergelijkbaar met enkelfasige onderdompeling dompelt dit systeem de servers en IT-apparatuur onder in een isolerende vloeistof. Wanneer de componenten echter opwarmen, begint de vloeistof te koken en stoom te genereren. Deze stoom stijgt naar de bovenkant van het vloeistofreservoir, waar een koelwaterleidingnetwerk is geïnstalleerd. De stoom condenseert bij contact met de koelleidingen, verandert weer in vloeistof en druppelt terug in het reservoir. Ondertussen voert het verwarmde water in de koelleidingen de warmte weg van de apparatuur en uit het datacenter.

Voordelen:

●Volledige warmteabsorptie:Net als bij enkelfasige onderdompeling absorbeert dit systeem alle warmte van de servers (GPU, CPU, geheugenmodules, enz.) voor efficiënte koeling.

●Ondersteunt hoge TDP's:Twee-fase dompelkoeling kan veel hogere warmtelasten aan dan eenfasesystemen.

●Isolerende vloeistof:Voorkomt kortsluiting en garandeert een veilige werking van de apparatuur.

Uitdagingen:

●Compatibiliteit met isolatievloeistoffen:Net als bij éénfase-onderdompeling moeten alle componenten compatibel zijn met de isolatievloeistof om schade te voorkomen, waarvoor speciale apparatuur of serveraanpassingen nodig zijn.

●Cavitatieschade:Het kookproces in tweefasensystemen kan cavitatie veroorzaken, waardoor IT-componenten, printplaten en soldeerpunten beschadigd kunnen raken.

●Infrastructuurinvesteringen:Net als bij eenfasesystemen vereist tweefasen-dompelkoeling een flinke investering in infrastructuur, waaronder grote reservoirs en verstevigde bouwconstructies om het extra gewicht te kunnen dragen.

●Onderhoudsuitdagingen:Vanwege het gewicht van de reservoirs en dompelapparatuur zijn voor onderhoudswerkzaamheden doorgaans kranen nodig, wat leidt tot langere stilstandtijden.

●Milieu-impact:Elke keer dat het vloeistofreservoir wordt geopend voor onderhoud, komen er dampen van perfluoroalkylstoffen (PFAS) vrij in de atmosfeer. Dit resulteert in een jaarlijks verlies van ongeveer 10% van de koelvloeistof (honderden liters), wat bijdraagt ​​aan zorgen over het milieu.

Conclusie: De toekomst van datacenterkoeling

Immersiekoelingstechnologie, met zijn vermogen om extreem hoge warmtelasten efficiënt te verwerken, wordt snel een belangrijke oplossing voor moderne datacenters, met name die welke zijn ontworpen om AI, HPC en andere intensieve toepassingen te ondersteunen. Hoewel er duidelijke voordelen zijn voor deze systemen in termen van warmtebeheer en energie-efficiëntie, moeten de aanzienlijke infrastructuurvereisten, het potentieel voor milieueffecten en onderhoudsuitdagingen zorgvuldig worden overwogen.

Naarmate de vraag naar high-performance computing blijft toenemen, spelen immersiekoelsystemen een cruciale rol bij het waarborgen dat datacenters effectief kunnen opschalen en tegelijkertijd hun toenemende stroomverbruik en warmteafvoer kunnen beheren.

BijTongyu-technologie, wij zijn een toonaangevende leverancier van thermische oplossingen. Neem gerust contact met ons op voor op maat gemaakte koeloplossingen die zijn afgestemd op de behoeften van uw datacenter.