Výhody chladiacej technológie chladenia kvapalinou v ICT priemysle

V súčasnosti technológie chladenia kvapalinou používané vo výpočtových centrách pozostávajú najmä z chladenia kvapalinou so studenou doskou, chladenia striekanou kvapalinou a chladenia ponornou kvapalinou.

 

Kvapalinové chladenie rozprašovaním uvoľňuje chladiace médium vo forme spreja na zdroj tepla servera, čím sa dosahuje odvod tepla prostredníctvom vyparovania a absorpcie tepla.

 

Ponorné chladenie kvapalinou zahŕňa úplné ponorenie celého servera alebo komponentov servera do chladiacej kvapaliny, čím sa teplo rozptýli priamym kontaktom. V porovnaní s chladením kvapalinou so studenou doskou môžu technológie chladenia striekaním a ponorením do kvapaliny dosiahnuť vyššiu účinnosť chladenia v prípadoch extrémne vysokej hustoty výkonu.

 

Technológie chladenia rozprašovaním a ponorením do kvapaliny sú však pomerne zložité na implementáciu a údržbu, zahŕňajú viac bezpečnostných a environmentálnych hľadísk a vyžadujú si viac investícií. V porovnaní s technológiami priameho kontaktného chladenia kvapalinou ponúka chladenie kvapalinou so studenou doskou nasledujúce výhody:

 

 

I Vysoká hustota: Nasadenie uzlov s vysokou hustotou môže efektívne zvýšiť výpočtovú kapacitu na stojan

 

S rýchlym rozvojom technológií, ako je umelá inteligencia, analýza veľkých dát, virtualizácia a vysokovýkonná výpočtová technika, si výpočtové centrá vyžadujú čoraz väčší výpočtový výkon. Kľúčovou výzvou sa však stala obmedzená nosná kapacita centier výpočtovej techniky, obmedzená priestorom pre budovy a environmentálnymi predpismi. Zvýšenie hustoty výkonu na stojan sa stalo kľúčovou metódou na zosúladenie tohto problému.

 

▲ výpočtové centrá

 

V roku 2022 spotreba energie serverových procesorov Intel štvrtej generácie presiahla 350 W na CPU a GPU NVIDIA prekročili 700 W na jednotku, pričom hustota klastrových výpočtov AI bežne dosahovala 50 kW na rack. V súčasnosti hustota výkonu na stojan v prirodzene vzduchom chladených výpočtových centrách zvyčajne podporuje iba 8-10 kW. Spoliehanie sa výlučne na tradičnú technológiu vzduchového chladenia už nemôže uspokojiť potreby chladenia výpočtových uzlov s vysokou hustotou. Preto sa prijatie nových technológií chladenia na zvýšenie hustoty rozmiestnenia uzlov a zvýšenie výpočtovej kapacity na stojane stalo obzvlášť dôležitým.

 

Chladiaci systém chladiacej kvapaliny je efektívna technológia chladenia na zvýšenie hustoty výkonu racku.

 

• Efektívny výkon chladenia: Technológia chladenia kvapalinou chladenia úzko integruje dosky chladenia kvapalinou so serverovými uzlami, priamo odstraňuje teplo a dosahuje efektívne chladenie, čím umožňuje vyššiu hustotu výkonu.
• Menšia pôdorysná plocha: Okrem efektívneho chladiaceho výkonu má technológia chladenia studenými doskami aj menšie rozmery. Úzka integrácia dosiek chladenia kvapalinou so serverovými uzlami šetrí priestor, čo umožňuje centrám výpočtového výkonu nasadiť viac uzlov v obmedzenom priestore, čím sa ďalej zvyšuje hustota výpočtovej kapacity.

 

 

II Vysoká účinnosť: Chladenie kvapalinou na strane zdroja tepla výrazne zlepšuje účinnosť chladenia servera

 

V dôsledku charakteristík prenosu tepla vzduchu je účinnosť chladenia technológie vzduchového chladenia obmedzená. Nízka tepelná vodivosť vzduchu a jeho náchylnosť na kolísanie teploty prostredia výrazne ovplyvňuje chladiaci výkon systémov chladenia vzduchu v prostredí s vysokou teplotou. Okrem toho je chladiaca schopnosť systémov chladenia vzduchu tiež obmedzená rýchlosťou prúdenia vzduchu a podmienkami cirkulácie vzduchu. Naproti tomu technológia chladenia kvapalinou so svojou vyššou účinnosťou prenosu tepla a stabilnejším chladiacim výkonom vyniká v prostrediach s vysokou hustotou výkonu a vysokými teplotami. Preto čoraz viac centier výpočtového výkonu prechádza na technológiu chladenia kvapalinou, aby uspokojili rastúci dopyt po výpočtovom výkone.

 

▲ Technológia chladenia kvapalinou

 

Technológia chladenia kvapalinou nahrádza vzduch chladiacou kvapalinou ako teplonosným médiom, pričom chladivo priamo smeruje k čipovým modulom generujúcim teplo. Prostredníctvom nepriameho kontaktného prenosu tepla je teplo generované čipmi odvádzané preč, čím sa znižuje teplota čipových modulov a zvyšuje sa ich účinnosť chladenia a výpočtový výkon.

 

• Špecifická tepelná kapacita kvapalín je oveľa vyššia ako u plynov, čo znamená, že množstvo absorbovaného/uvoľneného tepla pri jednotkovej zmene teploty je oveľa väčšie ako u vzduchu, čo vedie k podstatnému zlepšeniu účinnosti chladenia. Napríklad účinnosť prenosu tepla vody na jednotku objemu je 3 500-krát vyššia ako účinnosť vzduchu, čo efektívne rieši problémy s chladením, ktoré predstavujú servery s čoraz väčšou hustotou.
• Nahradením vzduchového chladenia kvapalinovým navyše odpadá potreba ventilátorov, čím sa znižuje prevádzková spotreba energie celého chladiaceho systému. V jednom typickom uzle, kde je 80 % CPU a pamäte pokrytých studenými platňami, môže byť chladenie PUE znížené na 1,15 alebo nižšie. V porovnaní so vzduchovým chladením preto kvapalinové chladenie ponúka vyšší chladiaci výkon pre jednotlivé čipy.

 

 

III Vysoká spoľahlivosť: Vedecky navrhnuté scenáre zabezpečujú spoľahlivú a stabilnú prevádzku systému

 

Chladivo v kvapalinovom chladiacom systéme je jedným z kľúčových faktorov udržania jeho normálnej prevádzky. Profesionálny návrh prevencie úniku a prevádzkové riadenie sú kľúčové pre stabilitu chladiacich systémov chladiacej kvapaliny. Po rokoch vývoja a zdokonaľovania bola dobre zabezpečená spoľahlivosť technológie chladenia chladiacou doskou s bezpečnostnými opatreniami, ako je návrh prevencie úniku, úplné monitorovanie úniku a správa porúch, ktoré poskytujú viacuhlovú a komplexnú prevenciu rizika porúch a zabezpečujú, že systémové vybavenie pracuje v bezpečnom a stabilnom prostredí, čím chráni životné prostredie aj bezpečnosť personálu.

 

▲ kvapalinový chladiaci systém

 

Chladiaci systém chladiacej kvapaliny využíva trojúrovňový dizajn prevencie úniku, ktorý zaisťuje nulové prípady úniku na úrovni uzla, skrine a miestnosti.

 

• Základňa uzla je úplne utesnená, je schopná nasmerovať a rýchlo vypustiť akékoľvek netesnosti, čím sa zabráni ich ovplyvneniu iné uzly.
• Skriňa je vybavená rýchlospojiteľnými rozprašovačmi a elektromagnetickými ventilmi pre automatickú reguláciu chladiacej kvapaliny.
• Miestnosť využíva dizajn s dvoma slučkami, ktorý zaisťuje, že únik z jednej skrinky je izolovaný a neovplyvňuje normálnu prevádzku iných skriniek.

 

Chladiaci systém chladiacej kvapaliny môže dosiahnuť úplné monitorovanie úniku. Celé skrine sú vybavené trojúrovňovou schopnosťou detekcie úniku, ktorá poskytuje presné upozornenia na únik.

 

• Uzly používajú objímky lana ponorené do vody na detekciu netesností a nahlasujú ich do BMC (Board Management Controller) na monitorovanie a varovanie.
• Rozdeľovače skriniek sú vybavené fotoelektrickými snímačmi úniku vody na vstupe aj výstupe vody, pričom výstrahy monitorovania RMU (Ring Main Unit) sú hlásené platforme správy siete.
• Výmenník tepla vzduch-kvapalina (dvierka na chladenie kvapaliny) monitoruje hladinu vody pomocou plavákových senzorov a výstrahy sa hlásia platforme pre správu siete prostredníctvom RMU.

 

 

IV Nízka spotreba energie: Inovatívne technológie na úsporu energie riadia ekologický a nízkouhlíkový vývoj v centrách výpočtovej energie

 

Ako hlavní spotrebitelia energie dodávajú centrá výpočtovej energie iba malú časť svojej energie do záťaží IT, pričom hlavná spotreba energie pochádza z chladiaceho systému. Nahradením ventilátorov a klimatizácie technológiou chladenia kvapalinou s chladiacou doskou, ktorá nevyžaduje nepretržitú spotrebu elektrickej energie, možno výrazne znížiť celkovú spotrebu energie centra výpočtového výkonu, čím sa výrazne zníži hodnota PUE. Technológia chladenia kvapalinou pomocou série technológií na úsporu energie, ako je distribúcia chladu, presná regulácia teploty, chladenie teplou vodou a rekuperácia odpadového tepla, výrazne znižuje spotrebu energie výpočtových výkonových centier a dosahuje efektívne využitie energie.

 

▲ mocenské centrá

 

Technológia chladenia pomocou chladiacej kvapaliny priamo dodáva nízkoteplotné chladivo komponentom generujúcim teplo cez chladiacu distribučnú jednotku, rýchlo a efektívne absorbuje teplo generované servermi, efektívne skracuje cestu prenosu tepla a zlepšuje efektivitu chladenia systému.

 

• V porovnaní s tradičnými systémami chladenia vzduchom systémy chladenia kvapalinou so studenou doskou znižujú potrebu rozsiahleho chladenia vzduchom, umožňujú presnú reguláciu teploty a výrazne znižujú spotrebu energie na chladenie výpočtových výkonových centier.
• Technológia chladenia kvapalinou s chladiacou doskou navyše využíva chladenie teplou vodou, pričom teplota výstupnej vody dosahuje 55-60 stupňov , čo umožňuje celoročné prirodzené chladenie. Okrem toho pri teplotách vratnej vody presahujúcich 55 stupňov vysoká tepelná kvalita umožňuje spätné získavanie odpadového tepla na opätovné použitie. Chladenie teplou vodou kvapalinou znižuje zaťaženie chladiaceho systému odvodom tepla a rekuperácia odpadového tepla znižuje celkovú spotrebu energie. Spoločne môžu výrazne znížiť energetickú náročnosť výpočtových výkonových centier. Okrem zníženej spotreby energie samotného chladiaceho systému pomáha chladenie studenou doskou kvapalinou ďalej znižovať teploty čipu, čo vedie k vyššej spoľahlivosti a nižšej spotrebe energie. Očakáva sa, že celková spotreba energie systému klesne približne o 5 %.

 

 

V Jednoduchá údržba: Integrované serverové skrine umožňujú automatizovanú a inteligentnú zjednodušenú údržbu

 

S rozvojom technológií a rastúcim dopytom sa výpočtové centrá rozširujú a ich aplikačné a systémové prostredie sa stáva zložitejším, čo si vyžaduje viac pracovnej sily a technickej podpory na zaistenie stability a bezpečnosti. Integrované chladiace doskové chladiace skrine sú na trhu široko uznávané pre svoje výhody v rýchlom nasadení a pohodlnej údržbe.

 

▲ Integrovaná chladiaca kvapalinová chladiaca skriňa

 

Kvapalinou chladené serverové skrine dosahujú automatizovanú údržbu s nulovými káblami prostredníctvom trojzbernicového zaslepeného dizajnu pre chladiaci vodný okruh, napájanie a sieť výmeny, čo výrazne zjednodušuje proces údržby a znižuje riziko zlyhania.

 

• Po nainštalovaní, otestovaní a odladení na výrobnej linke môžu byť serverové skrine chladené kvapalinou doručené priamo do dátového centra zákazníka, čím sa dosiahne nulová inštalácia na mieste a skráti sa dodací cyklus na niekoľko dní.
• Potrubia na sekundárnej strane využívajú modulárny dizajn s komponentmi vopred vyrobenými v továrni, čím sa eliminuje potreba zvárania a preplachovania na mieste, zvyšuje sa účinnosť o 50 % a výrazne sa urýchľuje nasadenie a aktivácia.
• Okrem toho, kvapalinou chladené serverové skrine obsahujú robotickú údržbu, automatickú identifikáciu polohy U servera, integráciu správy siete tretích strán a inteligentnú správu, čo zjednodušuje procesy údržby a zároveň zvyšuje efektivitu údržby.

 

Vďaka integrovanému dizajnu kvapalinou chladené serverové skrine, automatizovaná údržba bez káblov, efektívna výmena komponentov, rýchle dodanie skrine, efektívny dizajn potrubia a inteligentné možnosti údržby robia údržbu pohodlnejšou, rýchlejšie nasadzovanie a efektívnejšie operácie a zároveň znižujú náklady na údržbu. a pracovný vklad. Vďaka týmto výhodám sú kvapalinou chladené serverové skrine ideálnou voľbou pre spoľahlivú prevádzku a budúci vývoj výpočtových centier.

 

 

VI Easy Retrofit: Výhody flexibilnej prevádzky podporujú upgrade a transformáciu zastaraných dátových centier

 

Tvárou v tvár sprísňujúcim sa požiadavkám a politikám na spotrebu energie čelia tradičné centrá výpočtovej sily významným výzvam. Na splnenie požiadaviek na úsporu energie a ochranu životného prostredia musia prevádzkovatelia výpočtových centier prijať účinné opatrenia. Spomedzi nich sa modernizácia vzduch-kvapalina so svojou významnou ekonomickou účinnosťou, vysokou spotrebou energie a vynikajúcim výkonom stala vhodnou cestou pre prevádzkovateľov výpočtových centier, aby sa prispôsobili súčasným požiadavkám na spotrebu energie a environmentálnym výzvam.

 

▲ technológia chladenia kvapalinou

 

Prechodom metód chladenia niektorých alebo všetkých serverov z tradičnej technológie chladenia vzduchom na technológiu efektívneho chladenia kvapalinou môžu výpočtové centrá výrazne zlepšiť využitie energie, znížiť hodnoty PUE, a tým znížiť celkovú spotrebu energie. Tento krok nielen pomáha splniť požiadavky na spotrebu energie, ale tiež zvyšuje efektivitu chladenia serverov, zvyšuje výpočtovú kapacitu a znižuje problémy súvisiace s hlukom ventilátora a cirkuláciou vzduchu, čím sa zlepšuje stabilita a spoľahlivosť serverov.

 

• Po prvé, technológia chladenia kvapalinou so studenou doskou ponúka lepšiu materiálovú kompatibilitu s komponentmi generujúcimi teplo. V chladiacom systéme chladiacej kvapaliny chladiaca kvapalina prúdi iba potrubím chladiacej dosky a nekontaktuje sa priamo základnej dosky servera a komponentov generujúcich teplo. Preto nie je potrebný špeciálny materiálový dizajn základnej dosky a komponentov generujúcich teplo. Pri výbere chladiacej kvapaliny je potrebné zvážiť iba jej kompatibilitu s cirkulačným potrubím a chladiacou doskou. Vďaka tomu je technológia chladenia kvapalinou flexibilnejšia a vhodná pre rôzne serverové zariadenia bez potreby rozsiahlych hardvérových úprav.
• Po druhé, technológia chladenia kvapalinou so studenou doskou sa dá ľahko dodatočne namontovať. Táto technológia nemení pôvodnú podobu základnej dosky servera, ale namiesto toho ju upravuje, pričom zachováva existujúcu základnú dosku. Tento spôsob úpravy umožňuje nielen jednoduchú demontáž a pohodlnú inštaláciu, ale ponúka aj lepšiu realizovateľnosť z hľadiska technológie, priemyslu a veľkovýroby. Keďže si nevyžaduje veľké zmeny alebo výmeny základnej dosky, inštalácia a údržba technológie chladenia kvapalinou chladenia sú jednoduchšie a pohodlnejšie, pričom sa tiež znižuje náročnosť zvyšovania výroby v technológii a priemysle. Na rozdiel od toho technológia ponorného chladenia kvapalinou zvyčajne vyžaduje návrh špecializovaných základných dosiek chladených kvapalinou, aby vyhovovali ich úplne ponoreným charakteristikám, čo nepochybne zvyšuje technické aj výrobné náklady.

 

Využitím týchto výhod je technológia chladenia kvapalinou chladenia pohodlnejšia a nákladovo efektívnejšia v praktických aplikáciách, čo z nej robí preferovanú technológiu na modernizáciu a dovybavenie starých chladiacich systémov vzduch-kvapalina vo výpočtových centrách.