Technologia chłodzenia zanurzeniowego: przyszłość zarządzania ciepłem w centrach danych

Wraz ze wzrostem zużycia energii w szafach rack do niespotykanego dotąd poziomu, branża centrów danych przechodzi ogromną transformację. Napędzane intensywnymi obliczeniowo aplikacjami sztucznej inteligencji (AI) i obliczeń o wysokiej wydajności (HPC), centra danych szybko przeszły od stosowania strategii chłodzenia powietrzem w szafach rack, rozpraszających 10-20 kilowatów, do systemów chłodzenia zdolnych obsłużyć szafy rack o mocy 120 kilowatów, opartych na superchipach Grace Blackwell firmy NVIDIA – zaspokajając w ten sposób zapotrzebowanie na chłodzenie pojedynczej szafy serwerowej!

Tradycyjna technologia chłodzenia powietrzem nie jest już wystarczająca, aby sprostać tak wysokim wymaganiom w zakresie odprowadzania ciepła, co otwiera drogę do rozwoju zaawansowanych rozwiązań chłodzenia cieczą. Obecnie popularne rozwiązania chłodzenia cieczą dzielą się zasadniczo na dwie kategorie: „bezpośrednio na chip” I "zanurzenie" Chłodzenie. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod chłodzenia powietrzem, technologie te wykorzystują ciecze, takie jak woda lub płyny izolacyjne, do odprowadzania ciepła z urządzeń.

W tym artykule omówiono technologia chłodzenia zanurzeniowego, analizując zasady jego działania, zalety, wyzwania i potencjalne zastosowania w środowiskach o dużej mocy.

Technologia chłodzenia zanurzeniowego: komponenty całkowicie zanurzone

Technologia chłodzenia zanurzeniowego polega na całkowitym zanurzeniu serwerów i innych podzespołów elektronicznych w cieczy izolacyjnej. Ponieważ urządzenie generuje ciepło podczas pracy, jest ono przekazywane do otaczającego je medium chłodzącego. Podgrzana ciecz unosi się na powierzchnię, jest kierowana do układu chłodzenia w celu rozproszenia ciepła, a następnie powraca do pierwotnego zbiornika cieczy, w którym znajduje się urządzenie.

Istnieją dwa rodzaje chłodzenia zanurzeniowego:

1. Jednofazowe chłodzenie zanurzeniowe

System ten całkowicie zanurza wszystkie serwery i urządzenia IT w cieczy izolacyjnej. Gdy temperatura komponentów, takich jak procesory CPU czy GPU, wzrasta, ciecz absorbuje wytworzone ciepło. Podgrzana ciecz jest następnie pompowana do wymiennika ciepła, gdzie jest schładzana, a następnie schłodzona ciecz wraca do zbiornika cieczy w urządzeniu.

Zalety:

●Całkowita absorpcja ciepła: Całe ciepło generowane przez serwery (procesor graficzny, procesor, moduły pamięci itp.) jest gromadzone i rozpraszane przez układ chłodzenia.

●Płyn izolacyjny: Zapewnia ochronę podzespołów przed zwarciami.

Wyzwania:

●Ograniczenia mocy obliczeniowej cieplnej (TDP): Jeśli TDP procesora graficznego przekroczy 700 watów, chłodzenie jednofazowe może nie być wystarczająco skuteczne.

●Inwestycje w infrastrukturę: Przebudowa infrastruktury centrów danych, w tym dużych zbiorników na ciecze ciężkie, wymaga znacznych inwestycji. Dzięki temu lepiej nadaje się ona zarówno do nowych centrów danych, jak i istniejących obiektów, które mogą być poddane gruntownym remontom i wzmocnieniom konstrukcyjnym.

●Kompatybilność z płynami izolacyjnymi: Wszystkie komponenty (serwery, złącza, płytki drukowane itp.) muszą być kompatybilne z cieczą izolacyjną, aby zapobiec uszkodzeniom. Często wymaga to niestandardowego sprzętu lub modyfikacji serwerów.

●Modernizacja mechaniki: Niektóre komponenty serwera, np. złącza światłowodowe, nie działają prawidłowo w środowisku immersyjnym i wymagają modyfikacji mechanicznych.

●Zagrożenie pożarowe: Płyny stosowane w chłodzeniu zanurzeniowym, często na bazie węglowodorów, są łatwopalne i stwarzają poważne zagrożenie w przypadku pożaru w centrum danych.

●Problemy z konserwacją: Wszelkie prace konserwacyjne wymagają użycia dźwigów w celu wyjęcia serwerów ze zbiornika z płynem, po czym należy odczekać 30 minut, aby płyn spłynął, zanim będzie można rozpocząć naprawę.

●Problemy z zanieczyszczeniem: Jeśli płyn chłodzący ulegnie zanieczyszczeniu (np. wodą), zbiornik należy opróżnić i oczyścić, co może skutkować przestojem nawet na jeden dzień.

2. Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe

Podobnie jak w przypadku zanurzenia jednofazowego, system ten zanurza serwery i sprzęt IT w cieczy izolacyjnej. Jednak gdy komponenty się nagrzewają, ciecz zaczyna wrzeć i wytwarzać parę. Para ta unosi się do górnej części zbiornika cieczy, gdzie zainstalowana jest sieć rur chłodzących. Para skrapla się w kontakcie z rurami chłodzącymi, ponownie zamieniając się w ciecz i kapiąc z powrotem do zbiornika. Jednocześnie podgrzana woda w rurach chłodzących odprowadza ciepło od urządzeń i z centrum danych.

Zalety:

●Całkowita absorpcja ciepła: Podobnie jak w przypadku chłodzenia jednofazowego, system ten całkowicie pochłania ciepło z serwerów (procesora graficznego, procesora, modułów pamięci itd.), zapewniając wydajne chłodzenie.

●Obsługuje wysokie TDP: Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe wytrzymuje znacznie większe obciążenia cieplne w porównaniu do systemów jednofazowych.

●Płyn izolacyjny: Zapobiega zwarciom, zapewniając bezpieczną pracę urządzenia.

Wyzwania:

●Kompatybilność z płynami izolacyjnymi: Podobnie jak w przypadku zanurzenia jednofazowego, wszystkie komponenty muszą być kompatybilne z cieczą izolacyjną, aby uniknąć uszkodzeń, co wymaga specjalistycznego sprzętu lub modyfikacji serwera.

●Uszkodzenia kawitacyjne: Proces wrzenia w układach dwufazowych może powodować kawitację, która może uszkodzić podzespoły IT, płytki drukowane i połączenia lutowane.

●Inwestycje w infrastrukturę: Podobnie jak w przypadku systemów jednofazowych, chłodzenie zanurzeniowe dwufazowe wymaga dużych inwestycji w infrastrukturę, w tym dużych zbiorników i wzmocnionych konstrukcji budynków, aby pomieścić dodatkowy ciężar.

●Wyzwania związane z konserwacją: Ze względu na ciężar zbiorników i urządzeń zanurzeniowych, prace konserwacyjne zazwyczaj wymagają użycia dźwigów, co wiąże się z dłuższymi przestojami.

●Wpływ na środowisko: Za każdym razem, gdy zbiornik cieczy jest otwierany w celu konserwacji, do atmosfery uwalniane są opary substancji perfluoroalkilowych (PFAS). Powoduje to roczną utratę około 10% płynu chłodzącego (setki litrów), co przyczynia się do problemów środowiskowych.

Wnioski: Przyszłość chłodzenia centrów danych

Technologia chłodzenia zanurzeniowego, dzięki swojej zdolności do efektywnego radzenia sobie z ekstremalnie wysokimi obciążeniami cieplnymi, szybko staje się kluczowym rozwiązaniem dla nowoczesnych centrów danych, szczególnie tych zaprojektowanych do obsługi sztucznej inteligencji (AI), obliczeń o wysokiej wydajności (HPC) i innych wymagających aplikacji. Chociaż systemy te przynoszą wyraźne korzyści w zakresie zarządzania ciepłem i efektywności energetycznej, należy starannie rozważyć znaczne wymagania infrastrukturalne, potencjalny wpływ na środowisko oraz wyzwania związane z konserwacją.

W obliczu stale rosnącego zapotrzebowania na wysokowydajne systemy chłodzenia zanurzeniowego odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu efektywnej skalowalności centrów danych przy jednoczesnym zarządzaniu rosnącym zużyciem energii i potrzebami w zakresie rozpraszania ciepła.

W Tongyu Technology jesteśmy wiodącym dostawcą rozwiązań chłodzenia. Skontaktuj się z nami, aby uzyskać spersonalizowane rozwiązania chłodzenia dopasowane do potrzeb Twojego centrum danych.

Linda / sprzedaż bezpośredniaR

●Telefon: 86-769-26626558

●WhatsApp: +86-15818382164

●E-mail: info@tongyu-group.com

●Strona internetowa: www.tongyucooler.com

●Nazwa fabryki: Dongguan Tongyu Electronics Co., Ltd.

●Adres:

- Wietnam: Miasto Que Vo, prowincja Bac Ninh.

- Chiny: Miasto DongGuan, prowincja GuangDong.