Переваги технології рідинного охолодження Cold Plate в індустрії ІКТ

В даний час технології рідинного охолодження, що застосовуються в центрах обчислювальної потужності, в основному складаються з рідинного охолодження холодної пластини, рідинного охолодження розпиленням і рідинного охолодження зануренням.

 

Спрей-рідинне охолодження випускає охолоджуюче середовище у формі спрею на джерело тепла сервера, досягаючи розсіювання тепла шляхом випаровування та поглинання тепла.

 

Занурювальне рідинне охолодження передбачає повне занурення всього сервера або компонентів сервера в охолоджувач, розсіюючи тепло через прямий контакт. У порівнянні з рідинним охолодженням холодної пластини, технології рідинного охолодження розпиленням і зануренням можуть досягти вищої ефективності охолодження у випадках надзвичайно високої питомої потужності.

 

Однак технології рідинного охолодження розпиленням і зануренням відносно складні у впровадженні та обслуговуванні, передбачають більше міркувань безпеки та захисту навколишнього середовища та вимагають більше інвестицій. Порівняно з технологіями рідинного охолодження з прямим контактом рідинне охолодження холодної пластини має такі переваги:

 

 

I Висока щільність: розгортання вузла з високою щільністю може ефективно збільшити обчислювальну потужність однієї стійки

 

Зі стрімким розвитком таких технологій, як штучний інтелект, аналіз великих даних, віртуалізація та високопродуктивні обчислення, центри обчислювальної потужності все більше потребують більшої обчислювальної потужності. Однак обмежена пропускна спроможність центрів обчислювальної потужності, обмежена площею будівлі та екологічними нормами, стала ключовою проблемою. Збільшення щільності потужності на стійку стало ключовим методом вирішення цієї проблеми.

 

▲ центри обчислювальної потужності

 

У 2022 році енергоспоживання серверних процесорів Intel четвертого покоління перевищило 350 Вт на ЦП, а графічних процесорів NVIDIA перевищило 700 Вт на одиницю, при цьому щільність кластерних обчислень ШІ зазвичай досягає 50 кВт на стійку. Наразі щільність потужності на стійку в обчислювальних центрах із природним повітряним охолодженням зазвичай підтримує лише 8-10 кВт. Покладання виключно на традиційну технологію повітряного охолодження більше не може задовольнити потреби в охолодженні обчислювальних вузлів з високою щільністю. Тому впровадження нових технологій охолодження для збільшення щільності розгортання вузлів і збільшення обчислювальної потужності на одну стійку стало особливо важливим.

 

Система рідинного охолодження холодної пластини є ефективною технологією охолодження для збільшення щільності потужності стійки.

 

• Ефективне охолодження: технологія рідинного охолодження холодної пластини тісно інтегрує пластини рідинного охолодження з серверними вузлами, безпосередньо відводячи тепло та досягаючи ефективного охолодження, що забезпечує вищу щільність потужності.
• Менша площа: на додаток до ефективного охолодження, технологія рідинного охолодження холодної пластини також має меншу площу. Тісна інтеграція пластин рідинного охолодження з серверними вузлами економить простір, дозволяючи центрам обчислювальної потужності розгортати більше вузлів в обмеженому просторі, ще більше підвищуючи щільність обчислювальної ємності.

 

 

II Висока ефективність: рідинне охолодження на стороні джерела тепла значно покращує ефективність охолодження сервера

 

Через характеристики теплопередачі повітря ефективність охолодження технології повітряного охолодження обмежена. Низька теплопровідність повітря та його сприйнятливість до коливань температури навколишнього середовища значно впливають на ефективність охолодження систем повітряного охолодження в середовищах з високою температурою. Крім того, охолоджувальна здатність систем повітряного охолодження також обмежена швидкістю повітряного потоку та умовами циркуляції повітря. Навпаки, технологія рідинного охолодження з її вищою ефективністю теплопередачі та більш стабільною продуктивністю охолодження відмінно підходить у середовищах із високою щільністю потужності та високою температурою. Тому все більше центрів обчислювальної потужності переходять на технологію рідинного охолодження, щоб задовольнити зростаючий попит на обчислювальну потужність.

 

▲ Технологія рідинного охолодження холодної пластини

 

Технологія рідинного охолодження холодної пластини замінює повітря охолоджувачем як теплоносієм, направляючи охолоджувач безпосередньо до модулів мікросхем, що виробляють тепло. Завдяки непрямій контактній теплопередачі тепло, що виділяється чіпами, відводиться, знижуючи температуру модулів чіпа та підвищуючи як ефективність охолодження, так і продуктивність обчислень.

 

• Питома теплоємність рідин набагато вища, ніж у газів, а це означає, що кількість тепла, що поглинається/виділяється на одиницю зміни температури, набагато більша, ніж у повітря, що призводить до значного покращення ефективності охолодження. Наприклад, ефективність теплопередачі води на одиницю об’єму в 3500 разів більша, ніж у повітря, що ефективно вирішує проблеми охолодження, які виникають через сервери з дедалі більшою щільністю.
• Крім того, завдяки заміні повітряного охолодження на рідинне охолодження відпадає необхідність у вентиляторах, що знижує споживання енергії всієї системи охолодження. В одному типовому вузлі, де 80% процесора та пам’яті покрито холодними пластинами, PUE охолодження може бути зменшено до 1,15 або нижче. Таким чином, порівняно з повітряним охолодженням, рідинне охолодження забезпечує більшу охолоджувальну здатність для окремих мікросхем.

 

 

III Висока надійність: науково розроблені сценарії забезпечують надійну та стабільну роботу системи

 

Охолоджуюча рідина в рідинній системі охолодження є одним з ключових факторів підтримки її нормальної роботи. Професійна конструкція запобігання витокам і експлуатаційне управління мають вирішальне значення для стабільності систем рідинного охолодження холодних пластин. Після багатьох років розробки та вдосконалення надійність технології рідинного охолодження холодної пластини була добре забезпечена за допомогою заходів безпеки, таких як конструкція запобігання витокам, повний моніторинг витоків та керування несправностями, що забезпечує багатостороннє та комплексне запобігання ризику несправності, гарантуючи, що системне обладнання працює в безпечному та стабільному середовищі, таким чином захищаючи навколишнє середовище та безпеку персоналу.

 

▲ рідинна система охолодження

 

У системі рідинного охолодження холодної пластини використовується трирівнева конструкція запобігання витокам, що забезпечує нульовий витік на рівні вузла, шафи та кімнати.

 

• Основа вузла повністю герметична, здатна направляти та швидко зливати будь-які витоки, запобігаючи їх впливу на інші вузли.
• Шафа оснащена розпилювачами швидкого підключення та електромагнітними клапанами для автоматичного контролю охолоджуючої рідини.
• У кімнаті використовується двоконтурна конструкція, яка гарантує, що витік окремої шафи ізольований і не впливає на нормальну роботу інших шаф.

 

Система рідинного охолодження холодної пластини може забезпечити повний моніторинг витоків. Цілі шафи оснащені трирівневими можливостями виявлення витоку, забезпечуючи точне сповіщення про витік.

 

• Вузли використовують занурені у воду гільзи для мотузок для виявлення витоків і повідомлення про них у BMC (контролер керування платою) для моніторингу та сповіщення.
• Роздільники шафи оснащені фотоелектричними датчиками витоку як на вході, так і на виході води, а RMU (кільцевий головний блок) сповіщає про моніторинг на платформу керування мережею.
• Повітряно-рідинний теплообмінник (дверцята для рідинного охолодження) контролює рівень води за допомогою поплавкових датчиків, а сповіщення надсилаються на платформу керування мережею через RMU.

 

 

IV Низьке енергоспоживання: інноваційні енергозберігаючі технології спрямовують екологічний та низьковуглецевий розвиток у центрах обчислювальної потужності

 

Будучи основними споживачами енергії, центри обчислювальної потужності постачають лише невелику частину своєї потужності для ІТ-навантажень, причому основне споживання енергії надходить від системи охолодження. Замінивши вентилятори та систему кондиціонування повітря технологією рідинного охолодження холодної пластини, яка не потребує безперервного споживання електроенергії, загальне енергоспоживання центру обчислювальної потужності можна значно зменшити, значно знизивши значення PUE. Технологія рідинного охолодження холодної пластини завдяки низці енергозберігаючих технологій, таких як розподіл холоду, точний контроль температури, охолодження теплою водою та рекуперація відпрацьованого тепла, значно знижує енергоспоживання обчислювальних центрів живлення, досягаючи ефективного використання енергії.

 

▲ центри сили

 

Технологія рідинного охолодження холодної пластини безпосередньо подає низькотемпературний охолоджувач до теплогенеруючих компонентів через блок розподілу холоду, швидко й ефективно поглинаючи тепло, що виділяється серверами, ефективно скорочуючи шлях теплопередачі та покращуючи ефективність охолодження системи.

 

• Порівняно з традиційними системами повітряного охолодження системи рідинного охолодження холодних пластин скорочують потребу в масовому повітряному охолодженні, забезпечуючи точний контроль температури та значно знижуючи споживання енергії на охолодження обчислювальних центрів.
• Крім того, технологія рідинного охолодження холодної пластини використовує охолодження теплою водою, при цьому температура води на виході досягає 55-60 градусів, що забезпечує природне охолодження протягом усього року. Крім того, якщо температура зворотної води перевищує 55 градусів, висока теплова якість дозволяє утилізувати відпрацьоване тепло для повторного використання. Рідинне охолодження теплою водою зменшує навантаження на розсіювання тепла системи охолодження, а рекуперація відпрацьованого тепла знижує загальне споживання енергії. Разом вони можуть значно знизити енергоспоживання центрів обчислювальної потужності. Крім зниження енергоспоживання самої системи охолодження, рідинне охолодження холодної пластини допомагає ще більше знизити температуру мікросхем, що призводить до підвищення надійності та зниження енергоспоживання. Очікується, що загальне енергоспоживання системи зменшиться приблизно на 5%.

 

 

V Просте технічне обслуговування: інтегровані серверні шафи забезпечують автоматизоване та інтелектуальне спрощене обслуговування

 

З розвитком технологій і зростанням попиту центри обчислювальної потужності розширюються в масштабах, а їх прикладні та системні середовища стають складнішими, вимагаючи більше робочої сили та технічної підтримки для забезпечення стабільності та безпеки. Інтегровані шафи рідинного охолодження холодної пластини широко визнані на ринку завдяки своїм перевагам у швидкому розгортанні та зручному обслуговуванні.

 

▲ Інтегрована шафа для рідинного охолодження холодної пластини

 

Серверні шафи з рідинним охолодженням забезпечують автоматичне технічне обслуговування без кабелів завдяки конструкції глухого введення з трьома шинами для водяного контуру рідинного охолодження, джерела живлення та мережі обміну, що значно спрощує процес обслуговування та знижує ризик збою.

 

• Після встановлення, тестування та налагодження на виробничій лінії серверні шафи з рідинним охолодженням можуть бути доставлені безпосередньо в центр обробки даних замовника, що забезпечує нульову установку на місці та скорочує цикл доставки до кількох днів.
• Трубопроводи вторинної сторони мають модульну конструкцію з компонентами, попередньо виготовленими на заводі, що усуває необхідність зварювання та промивання на місці, підвищує ефективність на 50% і значно прискорює розгортання та активацію.
• Крім того, серверні шафи з рідинним охолодженням мають роботизоване технічне обслуговування, автоматичну ідентифікацію U-положення сервера, інтеграцію керування мережею сторонніх розробників та інтелектуальне керування, що спрощує процеси обслуговування та підвищує ефективність обслуговування.

 

Завдяки інтегрованому дизайну автоматизоване технічне обслуговування серверних шаф з рідинним охолодженням без використання кабелю, ефективна заміна компонентів, швидка доставка шафи, ефективна конструкція конвеєра та інтелектуальні можливості обслуговування роблять технічне обслуговування зручнішим, розгортання швидшим, а операції ефективнішими, одночасно знижуючи витрати на обслуговування. і трудомісткість. Ці переваги роблять серверні шафи з рідинним охолодженням ідеальним вибором для надійної роботи та майбутнього розвитку центрів обчислювальної потужності.

 

 

VI Easy Retrofit: переваги гнучкого функціонування підтримують оновлення та трансформацію застарілих центрів обробки даних

 

З огляду на посилення вимог до енергоспоживання та політики, традиційні центри обчислювальної потужності стикаються зі значними проблемами. Щоб відповідати вимогам енергозбереження та захисту навколишнього середовища, оператори центрів обчислювальної потужності повинні вживати ефективних заходів. Серед них переобладнання повітряно-рідинного типу з його значною економічною ефективністю, високим рівнем використання енергії та чудовою продуктивністю стало здійсненним шляхом для операторів центрів обчислювальної енергії адаптуватися до поточних вимог до енергоспоживання та екологічних проблем.

 

▲ технологія рідинного охолодження

 

Завдяки переходу методів охолодження деяких або всіх серверів із традиційної технології повітряного охолодження на ефективну технологію рідинного охолодження центри обчислювальної потужності можуть значно покращити використання енергії, зменшити значення PUE і, таким чином, знизити загальне споживання енергії. Цей крок не тільки допомагає задовольнити вимоги до енергоспоживання, але й підвищує ефективність охолодження серверів, збільшує обчислювальну потужність і зменшує проблеми, пов’язані з шумом вентилятора та циркуляцією повітря, підвищуючи стабільність і надійність серверів.

 

• По-перше, технологія рідинного охолодження холодної пластини забезпечує кращу сумісність матеріалу з теплогенеруючими компонентами. У рідинній системі охолодження холодної пластини теплоносій проходить лише через трубопроводи холодної пластини і не контактує безпосередньо з материнською платою сервера та компонентами, що виділяють тепло. Тому немає потреби в спеціальному дизайні матеріалів для материнської плати та теплогенеруючих компонентів. При виборі теплоносія необхідно враховувати тільки його сумісність з циркуляційним трубопроводом і холодною плитою. Це робить технологію рідинного охолодження холодної пластини більш гнучкою та придатною для різного серверного обладнання, не вимагаючи значних модифікацій обладнання.
• По-друге, технологію рідинного охолодження холодної пластини легко модернізувати. Ця технологія не змінює оригінальну форму материнської плати сервера, а змінює її, зберігаючи існуючу материнську плату. Цей метод модифікації не тільки забезпечує легкий демонтаж і зручне встановлення, але також пропонує кращу реалізацію з точки зору технології, промисловості та великомасштабного виробництва. Оскільки це не вимагає серйозних змін або заміни материнської плати, встановлення та обслуговування технології рідинного охолодження холодної пластини є простішим і зручнішим, а також зменшує труднощі з розширенням виробництва в технології та промисловості. Навпаки, технологія занурювального рідинного охолодження зазвичай вимагає проектування спеціалізованих материнських плат із рідинним охолодженням, які відповідають характеристикам повністю зануреного охолодження, що, безсумнівно, збільшує як технічні, так і виробничі витрати.

 

Використовуючи ці переваги, технологія рідинного охолодження холодної пластини є більш зручною та економічно ефективною в практичних застосуваннях, що робить її кращою технологією для модернізації та модернізації старих систем повітряно-рідинного охолодження в центрах обчислювальної потужності.