Technologie kapalinového chlazení – nový způsob, jak ušetřit energii a snížit spotřebu pro datová centra
V éře digitální ekonomiky a internetu věcí vyžadují výpočty a zpracování masivních dat neustálé rozšiřování rozsahu infrastruktury datových center, což přináší i problém prudkého nárůstu spotřeby energie. Podle „Výzkumné zprávy o rozvoji čínské“ nové infrastruktury budou do roku 2025 globální datová centra tvořit největší podíl na celosvětové spotřebě energie, a to až 33 %. V Číně byla spotřeba energie národních datových center vyšší. roste tempem přes 12 % po dobu osmi po sobě jdoucích let a podíl spotřeby elektřiny ve společnosti se bude v budoucnu nadále zvyšovat.
Spotřeba energie datových center vychází především ze dvou hledisek: spotřeby energie samotných serverů a chladicího výkonu potřebného pro chlazení serverů. Se zlepšením výpočetního výkonu v datových centrech není největší investicí u nově budovaných datových center samotná budova, ale náklady na vybavení pro zajištění napájení a náklady na chlazení datového centra. Podle statistik tvoří chladicí systém v datových centrech asi 40 % spotřeby energie celého datového centra.
Technologie chlazení kapalinou odkazuje na použití kapaliny jako média pro přenos tepla pro výměnu tepla pro ohřívací komponenty a odebírání tepla, spíše než nepřímé chlazení vzduchem, jako je chlazení vzduchem. Kapalina má lepší tepelnou vodivost, 25krát vyšší než vzduch, a rychlejší a lepší přenos teploty. Mezitím se díky velké měrné tepelné kapacitě kapalin jejich teplota po pohlcení velkého množství tepla výrazně nemění, čímž se stabilizuje teplota CPU. Technologii chlazení kapalinou lze rozdělit do tří typů: typ spreje, typ ponoru a typ studené desky.
Kapalinové chlazení sprejového typu:
Uchovávejte kapalinu a otevřené otvory na horní straně šasi, aby chladicí kapalina mohla stříkat na topné těleso podle jeho polohy a velikosti vyvíjejícího se tepla, čímž se dosáhne účelu chlazení zařízení. Rozstřikovaná kapalina přichází do přímého kontaktu s chlazeným zařízením, což má za následek vysokou účinnost chlazení; Během procesu rozprašování však kapalina uniká a vypařuje se, když narazí na předměty s vysokou teplotou. Kapky mlhy a plyny budou emitovány podél mezer v otvorech šasi na vnější stranu šasi, což způsobí snížení čistoty prostředí počítačové místnosti nebo bude mít vliv na další zařízení.
Kapalinové chlazení ponorného typu:
Elektronické součástky jsou přímo ponořeny do dielektrické kapaliny, která je umístěna v utěsněném, ale snadno přístupném obalu, a teplo se přenáší z elektronických součástek do kapaliny. Obvykle se používá oběhové čerpadlo k proudění zahřátého elektronického roztoku fluoridu do tepelného výměníku, kde se ochladí a cirkuluje zpět do nádoby. Typ ponoru lze rozdělit na dva typy: jednofázový a dvoufázový. Při jednofázovém ponorném kapalinovém chlazení zůstává elektronický fluor kapalina v kapalném stavu; Při dvoufázovém imerzním kapalinovém chlazení proces varu a kondenzace elektronické fluorační kapaliny exponenciálně zlepšuje účinnost přenosu tepla kapaliny.
Chladicí kapalinové chlazení:
Přímé chlazení čipu cirkulací kapalného média čerpadlem přes studenou desku sestavenou do elektronických součástek pro odvod tepla. Kapaliny nepřicházejí do přímého kontaktu s elektronickými zařízeními. Ačkoli se pro přímé chlazení čipů běžně používají nedielektrické kapaliny (jako je voda/etylenglykol), lze pro přímé aplikace čipů použít také dielektrické elektronické fluorační kapaliny, což snižuje rizika související s únikem a zlepšuje spolehlivost hardwaru/IT zařízení. K dosažení přímého chlazení čipu lze použít jednofázové a dvoufázové technologie.
V současné době je technologie kapalinového chlazení aplikována a ověřena v některých tuzemských i zahraničních datových centrech. Například:
Alibaba Cloud: V roce 2018 spustil Alibaba Cloud první superpočítačový cluster na světě založený na technologii pohlcujícího kapalinového chlazení – X-Dragon Super Computing Cluster. Tento cluster využívá dvoufázové imerzní řešení kapalinového chlazení, které zcela ponoří servery do fluoridového roztoku a dosahuje účinného odvodu tepla varem a kondenzací fluoridového roztoku. Podle Alibaba Cloud může tento cluster snížit spotřebu energie serveru o 50 %, zlepšit účinnost chlazení o 80 % a ušetřit místo v datovém centru a náklady na údržbu.
Tencent Cloud postavil první datové centrum na světě založené na technologii chlazení ve spreji, Guiyang T3 Data Center, v Guizhou v roce 2019. Datové centrum využívá schéma chlazení sprejem, které rozprašuje fluoridový roztok v atomizované formě nad server a dosahuje odvodu tepla. výměnou tepla mezi roztokem fluoridu a vzduchem. Podle Tencent Cloud může datové centrum snížit PUE pod 1,2, ušetřit 30 % místa v počítačové místnosti a zlepšit výkon a spolehlivost serveru.
Microsoft potopil Project Natick, datové centrum založené na technologii ponořeného kapalinového chlazení, pod moře ve Skotsku v roce 2020. Datové centrum používá jednofázové schéma ponorného kapalinového chlazení, které zcela ponoří server do tlakové nádoby naplněné dusíkem a používá mořskou vodu pro odvod tepla. Podle Microsoftu je datové centrum schopno dosáhnout soběstačné dodávky energie a má vyšší spolehlivost a zabezpečení.
S neustálým rozšiřováním rozsahu datových center, zvyšující se hustotou výpočetní techniky, zvyšujícími se náklady na energii a zvyšujícími se požadavky na životní prostředí již tradiční technologie chlazení vzduchem není schopna uspokojit vývojové potřeby datových center. Technologie chlazení kapalinou má na druhé straně zjevné výhody, jako je úspora energie a snížení spotřeby, přizpůsobivost prostředí, flexibilní design, využití odpadního tepla a šetrnost k životnímu prostředí, což z ní činí budoucí směr vývoje technologie chlazení datových center.
