Технология иммерсионного охлаждения: будущее управления теплом в центрах обработки данных

Поскольку энергопотребление стоек взлетает до беспрецедентных уровней, индустрия центров обработки данных переживает масштабную трансформацию. Под воздействием вычислительно-интенсивных приложений искусственного интеллекта (ИИ) и высокопроизводительных вычислений (HPC) центры обработки данных быстро перешли от использования стратегий воздушного охлаждения для стоек, рассеивающих 10-20 киловатт, к сегодняшним требованиям систем охлаждения, способных обрабатывать 120-киловаттные стойки на базе суперчипов NVIDIA Grace Blackwell — всего лишь для охлаждения одного серверного шкафа!

Традиционная технология воздушного охлаждения больше недостаточна для удовлетворения таких высоких требований к рассеиванию тепла, что открывает путь для разработки передовых решений жидкостного охлаждения. Текущие основные варианты жидкостного охлаждения в основном делятся на две категории:"прямо в чип"и"погружение"охлаждение. В отличие от традиционных методов воздушного охлаждения, эти технологии используют жидкие среды, такие как вода или изолирующие жидкости, для отвода тепла от оборудования.

В этой статье рассматриваетсятехнология иммерсионного охлаждения, анализируя принципы его работы, преимущества, проблемы и его потенциальное применение в условиях высокой мощности.

Технология иммерсионного охлаждения: полностью погруженные компоненты

Технология охлаждения погружением полностью погружает серверы и другие электронные компоненты в изолирующую жидкость. Поскольку оборудование генерирует тепло во время работы, это тепло передается окружающей охлаждающей среде. Нагретая жидкость поднимается на поверхность, направляется в систему охлаждения для рассеивания тепла, а затем возвращается в исходный резервуар с жидкостью, в котором находится оборудование.

Существует два типа иммерсионного охлаждения:

1. Однофазное иммерсионное охлаждение

Эта система полностью погружает все серверы и ИТ-оборудование в изолирующую жидкость. Когда температура компонентов, таких как ЦП или ГП, повышается, жидкость поглощает выделяемое тепло. Затем нагретая жидкость перекачивается в теплообменный блок, где она охлаждается, а охлажденная жидкость возвращается в резервуар для жидкости оборудования.

Преимущества:

●Полное поглощение тепла:Все тепло, выделяемое серверами (GPU, CPU, модули памяти и т. д.), собирается и рассеивается системой охлаждения.

●Изолирующая жидкость:Гарантирует, что компоненты остаются защищенными от коротких замыканий.

Проблемы:

●Ограничения по тепловой расчетной мощности (TDP):Если TDP графического процессора превышает 700 Вт, однофазное погружение может оказаться неэффективным в плане охлаждения.

●Инвестиции в инфраструктуру:Для перепроектирования инфраструктуры ЦОД, включая крупные резервуары с тяжелыми жидкостями, требуются значительные инвестиции. Это делает его более подходящим для новых ЦОД или существующих объектов, которые могут вместить масштабные обновления и структурные усиления.

●Совместимость с изоляционными жидкостями:Все компоненты (серверы, разъемы, печатные платы и т. д.) должны быть совместимы с изолирующей жидкостью, чтобы предотвратить повреждение. Для этого часто требуется специальное оборудование или модификации серверов.

●Механические изменения:Некоторые компоненты сервера, такие как оптоволоконные разъемы, не работают должным образом в условиях погружения и требуют механической модификации.

●Опасность возгорания:Жидкости, используемые в иммерсионном охлаждении, часто на основе углеводородов, являются легковоспламеняющимися и представляют значительную опасность в случае возникновения пожара в центре обработки данных.

●Трудности обслуживания:Для проведения любых работ по техническому обслуживанию требуются краны для извлечения серверов из резервуара с жидкостью, после чего следует 30-минутное ожидание, пока жидкость стечет, прежде чем можно будет начать ремонт.

●Проблемы загрязнения:Если охлаждающая жидкость загрязнится (например, водой), резервуар необходимо слить и очистить, что может привести к простою продолжительностью до суток.

2. Двухфазное иммерсионное охлаждение

Подобно однофазному погружению, эта система погружает серверы и ИТ-оборудование в изолирующую жидкость. Однако, когда компоненты нагреваются, жидкость начинает кипеть и выделять пар. Этот пар поднимается в верхнюю часть резервуара с жидкостью, где установлена ​​сеть труб охлаждающей воды. Пар конденсируется при контакте с охлаждающими трубами, снова превращаясь в жидкость и капая обратно в резервуар. Между тем, нагретая вода в охлаждающих трубах отводит тепло от оборудования и из центра обработки данных.

Преимущества:

●Полное поглощение тепла:Как и однофазное погружение, эта система полностью поглощает все тепло от серверов (GPU, CPU, модули памяти и т. д.) для эффективного охлаждения.

●Поддерживает высокие показатели TDP:Двухфазное иммерсионное охлаждение может выдерживать гораздо более высокие тепловые нагрузки по сравнению с однофазными системами.

●Изолирующая жидкость:Предотвращает короткие замыкания, обеспечивая безопасную работу оборудования.

Проблемы:

●Совместимость с изоляционными жидкостями:Как и в случае однофазного погружения, все компоненты должны быть совместимы с изолирующей жидкостью, чтобы избежать повреждений, требующих специального оборудования или модификации сервера.

●Кавитационные повреждения:Процесс кипения в двухфазных системах может вызвать кавитацию, которая может повредить ИТ-компоненты, печатные платы и паяные соединения.

●Инвестиции в инфраструктуру:Как и однофазные системы, двухфазное иммерсионное охлаждение требует значительных инвестиций в инфраструктуру, включая большие резервуары и усиленные строительные конструкции для выдерживания дополнительного веса.

●Проблемы обслуживания:Из-за веса резервуаров и погружных устройств для проведения работ по техническому обслуживанию обычно требуются краны, что приводит к длительным простоям.

●Воздействие на окружающую среду:Каждый раз, когда резервуар для жидкости открывается для обслуживания, пары перфторалкильных веществ (ПФАС) выбрасываются в атмосферу. Это приводит к потере около 10% охлаждающей жидкости в год (сотни литров), что способствует проблемам окружающей среды.

Заключение: будущее охлаждения центров обработки данных

Технология иммерсионного охлаждения, способная эффективно справляться с чрезвычайно высокими тепловыми нагрузками, быстро становится ключевым решением для современных центров обработки данных, особенно тех, которые предназначены для поддержки ИИ, HPC и других интенсивных приложений. Хотя эти системы имеют явные преимущества с точки зрения управления теплом и энергоэффективности, следует тщательно учитывать значительные требования к инфраструктуре, потенциальное воздействие на окружающую среду и проблемы обслуживания.

Поскольку спрос на высокопроизводительные вычисления продолжает расти, системы иммерсионного охлаждения призваны сыграть решающую роль в обеспечении эффективного масштабирования центров обработки данных, одновременно справляясь с растущими потребностями в энергопотреблении и рассеивании тепла.

ВТехнология Тонгю, мы являемся ведущим поставщиком тепловых решений. Не стесняйтесь обращаться к нам за индивидуальными решениями по охлаждению, адаптированными к потребностям вашего центра обработки данных.