Jak funguje aplikace kapalinového chlazení v rozvaděči
S nárůstem internetu, cloud computingu a velkých datových služeb roste celková spotřeba energie datových center a jejich energetické účinnosti je také věnována stále větší pozornost. Podle datových statistik je průměrná hodnota Power Usage Efficiency (PUE) datových center v Číně 1,49, což je mnohem více než požadavek navržený Národní komisí pro rozvoj a reformy pro nová velká datová centra, aby byl nižší než 1,25. Snížení PUE je naléhavé, jak mohou výrobci síťových zařízení výrazně snížit spotřebu energie a zároveň zajistit vysoký výkon čipů? Chladicí systém, jako klíčový faktor ovlivňující výkon i spotřebu energie, se stal středem zájmu reformy datových center a technologie kapalinového chlazení díky svým jedinečným výhodám postupně nahrazuje tradiční chlazení vzduchem jako hlavní chladicí řešení.
Zjistili jsme, že průměrná spotřeba energie datových center je až 33 %, což se blíží jedné třetině celkové spotřeby energie datových center. Důvodem je to, že tradiční vzduchem chlazený chladicí systém používaný v datových centrech používá jako chladicí médium vzduch s velmi nízkou specifickou tepelnou kapacitou, který je poháněn ventilátory uvnitř zařízení k přenosu tepla z CPU a dalších zdrojů tepla do chladičů mimo IT. Nezbytným omezením chlazení vzduchem je také opětovné použití výměníků tepla fan coil nebo chlazení klimatizace k cirkulaci vzduchu pro odvod tepla a chlazení. Proto se řešení energetické účinnosti chladicího systému stalo technologickou iterační výzvou, které čelí výrobci zařízení v novém politickém prostředí.
Z pohledu požadavků na odvod tepla čipu zařízení. S vývojem přepínacích čipů, ačkoli vysoce výkonné čipové procesy (např. 5nm) mohou účinně snížit spotřebu výpočetní energie jednotky, jak se šířka pásma přepínacího čipu zvyšuje na 51,2 Tb/s, celková spotřeba jednoho čipu vzrostla na přibližně 900W. Jak vyřešit problém s odvodem tepla čipu zařízení se stalo obtížným bodem v celkovém návrhu hardwaru. Chladicí kapacita vzduchem chlazeného systému se blíží ke svému limitu. Přestože vzduchem chlazené chladiče mohou vyřešit současné problémy s odvodem tepla přepínačů, budou nakonec nedostatečné, až se 102,4/204,8 Tbps stane hlavním proudem a spotřeba čipu v budoucnu vzroste. Proto se pro další generaci IT zařízení objevila účinnější technologie kapalinového chlazení. V příštích 5-10 letech se v oboru stalo konsensem, že vzduchem chlazené chlazení v datových centrech bude postupně nahrazeno chlazením kapalinovým.
Současná technologie kapalinového chlazení se dělí především na jednofázové kapalinové chlazení a dvoufázové kapalinové chlazení. Jednofázové kapalinové chlazení odkazuje na chladicí kapalinu, která si udržuje svůj kapalný stav během procesu cirkulujícího odvodu tepla a snadno odebírá teplo prostřednictvím vysoké specifické tepelné kapacity. Dvoufázové kapalinové chlazení označuje fázovou změnu chladicí kapaliny během procesu odvádění cirkulačního tepla, kdy chladicí kapalina odvádí teplo ze zařízení prostřednictvím extrémně vysokého latentního tepla zplyňování. Jednofázové kapalinové chlazení má ve srovnání s jinými metodami nižší složitost a je snadněji dosažitelné a jeho kapacita pro odvod tepla je dostatečná pro podporu IT zařízení v datových centrech, což z něj činí současnou vyváženou volbu.
Jednofázové kapalinové chlazení se dělí na kapalinové chlazení studenou deskou a kapalinové chlazení ponorem. Chladicí deska kapalinovým chlazením fixuje desku kapalinového chlazení na hlavním topném zařízení zařízení, přičemž se spoléhá na to, že kapalina protékající studenou deskou odvádí teplo a dosahuje účelu rozptylu tepla; Imerzní kapalinové chlazení je proces přímého ponoření celého stroje do chladicí kapaliny, přičemž se spoléhá na přirozenou nebo nucenou cirkulaci kapaliny, která odvádí teplo generované provozem zařízení, jako jsou servery.
Mezi výhody kapalinového chlazení se studenou deskou patří: minimální úpravy celkové počítačové místnosti, vyžadující pouze úpravy stojanu, chladicích distribučních jednotek (CDU) a systému zásobování vodou. Kapalné chlazení studených desek navíc může využívat širší škálu typů chladicí kapaliny a vyžaduje mnohem méně než chlazení ponorem, což má za následek nižší počáteční investiční náklady. Kromě toho je průmyslový řetězec chladícího kapalinového chlazení vyzrálejší a na trhu přijatelnější.
Mezi výhody imerzního kapalinového chlazení patří: (1) díky přímému kontaktu chladicí kapaliny se zařízením je schopnost odvodu tepla silnější a riziko přehřátí zařízení je nižší; (2) Zařízení pro ponorné chlazení kapalinou nevyžaduje ventilátor, což má za následek menší vibrace a delší životnost hardwarového zařízení; (3) Teplota přívodu chlazené vody na straně ponořené strojovny kapalinového chlazení je vyšší a venkovní strana snadněji odvádí teplo. Výběr místa strojovny proto již není tak omezen regionem a teplotou jako v době vzduchem chlazené.
Aplikace technologie kapalinového chlazení v přepínačích datových center nejen řeší jejich vlastní tepelné problémy, ale umožňuje také jednotné nasazení se servery kapalinového chlazení, což usnadňuje sjednocenou výstavbu a provoz infrastruktury datových center. Kapalinové chlazení podporuje výměnu nových technologií za účelem maximalizace výkonu, vývoje lepších produktů datových center a společného budování zelené digitální ekonomiky.
