Technologia chłodzenia zanurzeniowego: przyszłość zarządzania ciepłem w centrach danych

Ponieważ zużycie energii w szafach gwałtownie wzrasta do niespotykanych dotąd poziomów, branża centrów danych przechodzi ogromną transformację. Napędzane intensywnymi obliczeniowo aplikacjami sztucznej inteligencji (AI) i wysokowydajnych obliczeń (HPC), centra danych szybko przeszły ze strategii chłodzenia powietrzem dla szaf rozpraszających 10-20 kilowatów na systemy chłodzenia zdolne do obsługi szaf o mocy 120 kilowatów zasilanych przez superchipy Grace Blackwell firmy NVIDIA — tylko dla potrzeb chłodzenia pojedynczej szafy serwerowej!

Tradycyjna technologia chłodzenia powietrzem nie jest już wystarczająca, aby sprostać tak wysokim wymaganiom rozpraszania ciepła, co otwiera drogę do rozwoju zaawansowanych rozwiązań chłodzenia cieczą. Obecne główne opcje chłodzenia cieczą dzielą się głównie na dwie kategorie:„bezpośrednio na chip”I"zanurzenie"chłodzenie. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod chłodzenia powietrzem, technologie te wykorzystują media ciekłe, takie jak woda lub płyny izolacyjne, aby rozproszyć ciepło z urządzenia.

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

Technologia chłodzenia zanurzeniowego: całkowicie zanurzone komponenty

Technologia chłodzenia zanurzeniowego całkowicie zanurza serwery i inne podzespoły elektroniczne w cieczy izolacyjnej. Ponieważ sprzęt generuje ciepło podczas pracy, ciepło to jest przenoszone do otaczającego medium chłodzącego. Podgrzana ciecz unosi się na powierzchnię, jest kierowana do układu chłodzenia w celu rozproszenia ciepła, a następnie powraca do początkowego zbiornika cieczy mieszczącego sprzęt.

Istnieją dwa rodzaje chłodzenia zanurzeniowego:

1. Jednofazowe chłodzenie zanurzeniowe

Ten system całkowicie zanurza wszystkie serwery i sprzęt IT w cieczy izolacyjnej. Gdy temperatura komponentów, takich jak procesory CPU lub GPU, wzrasta, ciecz pochłania wytworzone ciepło. Podgrzana ciecz jest następnie pompowana do jednostki wymiany ciepła, gdzie jest chłodzona, a schłodzona ciecz jest zwracana do zbiornika cieczy urządzenia.

Zalety:

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

●Płyn izolacyjny:Zapewnia ochronę podzespołów przed zwarciami.

Wyzwania:

●Ograniczenia mocy cieplnej projektowej (TDP):Jeśli TDP procesora graficznego przekroczy 700 watów, chłodzenie jednofazowe może nie być w stanie zapewnić skutecznego chłodzenia.

●Inwestycje infrastrukturalne:Potrzebne są znaczne inwestycje w celu przeprojektowania infrastruktury centrów danych, w tym dużych, ciężkich zbiorników cieczy. Dzięki temu lepiej nadaje się ona do nowych centrów danych lub istniejących obiektów, które mogą pomieścić renowacje na dużą skalę i wzmocnienia konstrukcyjne.

●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.

●Modernizacje mechaniczne:Niektóre komponenty serwera, na przykład złącza światłowodowe, nie działają prawidłowo w środowisku immersyjnym i wymagają modyfikacji mechanicznych.

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

●Trudności konserwacyjne:Wszelkie prace konserwacyjne wymagają użycia dźwigów w celu wyjęcia serwerów ze zbiornika z płynem, a następnie odczekania 30 minut, aż płyn spłynie, zanim będzie można rozpocząć naprawę.

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

2. Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe

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

Zalety:

●Pełna absorpcja ciepła:Podobnie jak w przypadku zanurzenia jednofazowego, system ten całkowicie pochłania ciepło z serwerów (procesora graficznego, procesora, modułów pamięci itp.), 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 sprzętu.

Wyzwania:

●Kompatybilność z płynami izolacyjnymi:Podobnie jak w przypadku zanurzenia jednofazowego, wszystkie komponenty muszą być kompatybilne z płynem izolacyjnym, 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 infrastrukturalne:Podobnie jak w przypadku systemów jednofazowych, chłodzenie dwufazowe wymaga dużych nakładów inwestycyjnych w infrastrukturę, w tym dużych zbiorników i wzmocnionych konstrukcji budynków, aby udźwignąć 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 wydajnego radzenia sobie z ekstremalnie wysokimi obciążeniami cieplnymi, szybko staje się kluczowym rozwiązaniem dla nowoczesnych centrów danych, szczególnie tych zaprojektowanych do obsługi AI, HPC i innych intensywnych aplikacji. Podczas gdy te systemy mają wyraźne korzyści pod względem zarządzania ciepłem i efektywności energetycznej, należy dokładnie rozważyć znaczące wymagania infrastrukturalne, potencjalny wpływ na środowisko i wyzwania związane z konserwacją.

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

Na Technologia Tongyu, jesteśmy wiodącym dostawcą rozwiązań termicznych. Skontaktuj się z nami, aby uzyskać dostosowane rozwiązania chłodzenia dostosowane do potrzeb Twojego centrum danych.