Технологія рідинного охолодження - новий спосіб економії енергії та зниження споживання для ЦОД
В епоху цифрової економіки та Інтернету речей обчислення та обробка масивних даних вимагають постійного розширення масштабу інфраструктури центрів обробки даних, що також породжує проблему різкого зростання споживання енергії. Відповідно до «Доповіді про дослідження розвитку «нової інфраструктури» Китаю», до 2025 року на глобальні центри обробки даних припадатиме найбільша частка світового енергоспоживання, до 33%. У Китаї енергоспоживання національних центрів обробки даних було зростає зі швидкістю понад 12% протягом восьми років поспіль, і частка споживання електроенергії в суспільстві продовжуватиме зростати в майбутньому.
Енергоспоживання центрів обробки даних в основному залежить від двох аспектів: енергоспоживання самих серверів і потужності охолодження, необхідної для охолодження серверів. З підвищенням обчислювальної потужності в центрах обробки даних найбільшою інвестицією для новозбудованих центрів обробки даних є не сама будівля, а вартість обладнання для забезпечення електропостачання та витрати на охолодження центру обробки даних. Згідно зі статистичними даними, на систему охолодження в дата-центрах припадає близько 40% енергоспоживання всього дата-центру.
Технологія рідинного охолодження передбачає використання рідини як теплоносія для обміну теплом між нагрівальними компонентами та відведення тепла, а не опосередковане охолодження через повітря, як повітряне охолодження. Рідина має кращий ефект теплопровідності, у 25 разів більший, ніж повітря, і швидший і кращий ефект передачі температури. Водночас через велику питому теплоємність рідин їхня температура не змінюється суттєво після поглинання великої кількості тепла, таким чином стабілізуючи температуру процесора. Технологію рідинного охолодження можна розділити на три типи: тип розпилення, тип занурення та тип холодної пластини.
Розпилювальний тип рідинного охолодження:
Зберігайте рідину та відкриті отвори у верхній частині шасі, дозволяючи охолоджуючій рідині розбризкуватися на нагрівальний елемент відповідно до його положення та розміру теплогенерації, досягаючи мети охолодження обладнання. Розпилена рідина вступає в прямий контакт з охолодженим пристроєм, що забезпечує високу ефективність охолодження; Однак під час процесу розпилення рідина буде дрейфувати та випаровуватися при зустрічі з об’єктами з високою температурою. Краплі туману та гази виділятимуться через щілини в отворах корпусу назовні корпусу, спричиняючи погіршення чистоти середовища комп’ютерної кімнати або впливаючи на інше обладнання.
Рідинне охолодження занурювального типу:
Електронні компоненти безпосередньо занурюють у діелектричну рідину, яка поміщається в герметичний, але легкодоступний контейнер, і тепло передається від електронних компонентів до рідини. Зазвичай циркуляційний насос використовується для подачі нагрітого розчину електронного фториду в теплообмінник, де він охолоджується та циркулює назад у контейнер. Занурювальний тип можна розділити на два види: однофазний і двофазний. При однофазному занурювальному рідинному охолодженні електронна рідина фтору залишається в рідкому стані; У двофазному охолодженні рідини зануренням процес кипіння та конденсації рідини електронного фторування експоненціально покращує ефективність теплопередачі рідини.
Рідинне охолодження холодної пластини:
Безпосереднє охолодження чіпа шляхом циркуляції рідкого середовища через насос через холодну пластину, зібрану в електронні компоненти для розсіювання тепла. Рідини не контактують безпосередньо з електронними пристроями. Хоча недіелектричні рідини (такі як вода/етиленгліколь) зазвичай використовуються для прямого охолодження мікросхем, діелектричні електронні фторовані рідини також можна використовувати для безпосереднього застосування мікросхем, зменшуючи ризики, пов’язані з витоком, і підвищуючи надійність обладнання/ІТ-обладнання. Однофазні та двофазні технології можна використовувати для досягнення прямого охолодження чіпа.
В даний час технологія рідинного охолодження застосована і перевірена в деяких вітчизняних і закордонних центрах обробки даних. Наприклад:
Alibaba Cloud: у 2018 році Alibaba Cloud запустила перший у світі суперкомп’ютерний кластер на основі технології занурення в рідинне охолодження – X-Dragon Super Computing Cluster. У цьому кластері використовується двофазне рідинне охолодження із зануренням, яке повністю занурює сервери у розчин фториду та забезпечує ефективне розсіювання тепла шляхом кип’ятіння та конденсації розчину фториду. За даними Alibaba Cloud, цей кластер може зменшити енергоспоживання сервера на 50%, підвищити ефективність охолодження на 80%, а також заощадити місце в центрі обробки даних і витрати на обслуговування.
У 2019 році в Гуйчжоу Tencent Cloud побудував перший у світі центр обробки даних на основі технології рідинного охолодження, Guiyang T3 Data Center. У центрі обробки даних використовується схема рідинного охолодження, яка розпилює фтористий розчин над сервером і забезпечує розсіювання тепла. через теплообмін між розчином фториду та повітрям. За словами Tencent Cloud, центр обробки даних може знизити PUE до рівня нижче 1,2, заощадити 30% місця в комп’ютерній кімнаті та підвищити продуктивність і надійність сервера.
У 2020 році Microsoft затопила Project Natick, центр обробки даних, заснований на технології зануреного рідинного охолодження, під водою в Шотландії. Центр обробки даних використовує однофазну схему рідинного охолодження, повністю занурюючи сервер у заповнену азотом ємність під тиском і використовуючи морську воду для тепловіддача. За словами Microsoft, дата-центр здатний забезпечити самодостатнє енергопостачання та має більш високу надійність і безпеку.
З безперервним розширенням масштабу центрів обробки даних, збільшенням щільності обчислень, зростанням витрат на енергію та зростанням екологічних вимог традиційна технологія повітряного охолодження більше не може задовольнити потреби розвитку центрів обробки даних. З іншого боку, технологія рідинного охолодження має очевидні переваги, такі як енергозбереження та зменшення споживання, адаптивність до навколишнього середовища, гнучкий дизайн, утилізація відпрацьованого тепла та екологічність, що робить її майбутнім напрямком розвитку технології охолодження центрів обробки даних.
