Výhody technologie studeného chlazení kapalin v ICT průmyslu

V současné době se technologie kapalinového chlazení používané ve výpočetních výkonových centrech skládají hlavně z chlazení chladicími deskami, chlazení rozstřikovanou kapalinou a imerzní kapalinové chlazení.

 

Chlazení ve spreji uvolňuje chladicí médium ve formě spreje na zdroj tepla serveru, čímž se dosahuje odvodu tepla prostřednictvím odpařování a absorpce tepla.

 

Ponorné kapalinové chlazení zahrnuje úplné ponoření celého serveru nebo serverových komponent do chladicí kapaliny, která odvádí teplo přímým kontaktem. Ve srovnání s chladícími deskami kapalinového chlazení mohou technologie chlazení sprejem a ponorem dosáhnout vyšší účinnosti chlazení v případech extrémně vysoké hustoty výkonu.

 

Technologie chlazení rozprašováním a ponořením do kapaliny jsou však poměrně složité na implementaci a údržbu, vyžadují více bezpečnostních a ekologických aspektů a vyžadují více investic. Ve srovnání s technologiemi přímého kontaktního chlazení kapalinou nabízí chlazení chladicími deskami následující výhody:

 

 

I Vysoká hustota: Nasazení uzlů s vysokou hustotou může efektivně zvýšit výpočetní kapacitu na rack

 

S rychlým rozvojem technologií, jako je umělá inteligence, analýza velkých dat, virtualizace a vysoce výkonné výpočty, požadují výpočetní centra stále více výpočetního výkonu. Klíčovou výzvou se však stala omezená přenosová kapacita center výpočetní síly, omezená prostorem pro budovy a ekologickými předpisy. Zvýšení hustoty výkonu na stojan se stalo zásadní metodou, jak tento problém vyřešit.

 

▲ výpočetní centra

 

V roce 2022 přesáhla spotřeba energie serverových procesorů Intel čtvrté generace 350 W na CPU a GPU NVIDIA překonaly 700 W na jednotku, přičemž výpočetní hustota clusteru AI běžně dosahovala 50 kW na rack. V současné době hustota výkonu na stojan v přirozeně vzduchem chlazených výpočetních centrech obvykle podporuje pouze 8-10kW. Spoléhání se pouze na tradiční technologii chlazení vzduchem již nemůže uspokojit potřeby chlazení výpočetních uzlů s vysokou hustotou. Proto se přijetí nových technologií chlazení pro zvýšení hustoty nasazení uzlů a zvýšení výpočetní kapacity na rack stalo obzvláště důležité.

 

Chladicí kapalinový chladicí systém je efektivní chladicí technologií pro zvýšení hustoty výkonu racku.

 

• Efektivní chladicí výkon: Technologie chladícího kapalinového chlazení úzce integruje kapalinové chladicí desky se serverovými uzly, přímo odebírá teplo a dosahuje účinného chlazení, čímž umožňuje vyšší hustotu výkonu.
• Menší půdorys: Kromě účinného chladicího výkonu má technologie chlazení studenými deskami také menší půdorys. Úzká integrace kapalinových chladicích desek se serverovými uzly šetří místo a umožňuje výpočetním centrům rozmístit více uzlů v omezeném prostoru, což dále zvyšuje hustotu výpočetní kapacity.

 

 

II Vysoká účinnost: Kapalinové chlazení na straně zdroje tepla výrazně zlepšuje účinnost chlazení serveru

 

Vzhledem k charakteristikám přenosu tepla vzduchu je chladicí účinnost technologie chlazení vzduchu omezená. Nízká tepelná vodivost vzduchu a jeho náchylnost ke kolísání okolní teploty významně ovlivňuje chladicí výkon systémů chlazení vzduchu v prostředí s vysokou teplotou. Kromě toho je chladicí schopnost systémů chlazení vzduchu také omezena rychlostí proudění vzduchu a podmínkami cirkulace vzduchu. Naproti tomu technologie kapalinového chlazení s vyšší účinností přenosu tepla a stabilnějším chladicím výkonem vyniká v prostředí s vysokou hustotou výkonu a vysokou teplotou. Proto stále více center výpočetního výkonu přechází na technologii kapalinového chlazení, aby uspokojila rostoucí poptávku po výpočetním výkonu.

 

▲ Technologie chladícího kapalinového chlazení

 

Technologie chladícího kapalinového chlazení nahrazuje vzduch chladivem jako teplonosným médiem a přímo vede chladivo do čipových modulů generujících teplo. Prostřednictvím nepřímého kontaktního přenosu tepla je teplo generované čipy odváděno pryč, čímž se snižuje teplota čipových modulů a zvyšuje se jejich účinnost chlazení i výpočetní výkon.

 

• Měrná tepelná kapacita kapalin je mnohem vyšší než u plynů, což znamená, že množství tepla absorbovaného/uvolněného na jednotku změny teploty je mnohem větší než u vzduchu, což vede k podstatnému zlepšení účinnosti chlazení. Například účinnost přenosu tepla vody na jednotku objemu je 3 500krát vyšší než účinnost vzduchu, což účinně řeší problémy s chlazením, které představují servery s rostoucí hustotou.
• Navíc nahrazením vzduchového chlazení kapalinovým chlazením odpadá potřeba ventilátorů, čímž se snižuje provozní spotřeba energie celého chladicího systému. V jednom typickém uzlu, kdy je 80 % CPU a paměti pokryto studenými deskami, může být chladicí PUE sníženo na 1,15 nebo nižší. Kapalinové chlazení proto oproti vzduchovému chlazení nabízí vyšší chladicí kapacitu pro jednotlivé čipy.

 

 

III Vysoká spolehlivost: Vědecky navržené scénáře zajišťují spolehlivý a stabilní provoz systému

 

Chladivo v kapalinovém chladicím systému je jedním z klíčových faktorů udržujících jeho normální provoz. Profesionální návrh prevence úniků a provozní řízení jsou klíčové pro stabilitu chladicích systémů chladných desek. Po letech vývoje a vylepšování byla spolehlivost technologie chlazení chladicích desek dobře zajištěna, s bezpečnostními opatřeními, jako je návrh prevence úniků, úplné monitorování úniků a správa chyb, které poskytují víceúhlovou a komplexní prevenci rizika poruch, což zajišťuje, že systémové vybavení pracuje v bezpečném a stabilním prostředí, čímž chrání jak životní prostředí, tak bezpečnost personálu.

 

▲ kapalinový chladicí systém

 

Chladicí systém kapalinového chlazení využívá tříúrovňový design prevence úniku, který zajišťuje nulové úniky na úrovni uzlu, skříně a místnosti.

 

• Základna uzlu je plně utěsněná, schopná nasměrovat a rychle vypustit jakékoli netěsnosti a zabránit jim v ovlivnění jiných uzlů.
• Skříň je vybavena rychlospojkovými konstrukcemi pro únik netěsností a elektromagnetickými ventily pro automatickou regulaci chladicí kapaliny.
• Místnost využívá dvousmyčkový design, který zajišťuje, že únik z jedné skříně je izolován a neovlivňuje normální provoz ostatních skříní.

 

Chladicí systém chladicí kapaliny může dosáhnout úplného monitorování úniku. Celé skříně jsou vybaveny tříúrovňovou detekcí netěsností, které poskytují přesné upozornění na únik.

 

• Uzly používají lana ponořené do vody k detekci úniků a hlásí je do BMC (Board Management Controller) pro monitorování a varování.
• Dělicí příčky skříněk jsou vybaveny fotoelektrickými snímači úniku vody na vstupu i výstupu vody, přičemž výstrahy monitorování RMU (Ring Main Unit) jsou hlášeny platformě pro správu sítě.
• Výměník tepla vzduch-kapalina (dvířka chlazení kapalinou) monitoruje hladinu vody pomocí plovákových senzorů a výstrahy jsou hlášeny platformě pro správu sítě prostřednictvím RMU.

 

 

IV Nízká spotřeba energie: Inovativní technologie pro úsporu energie řídí zelený a nízkouhlíkový vývoj v centrech výpočetní energie

 

Jako hlavní spotřebitelé energie dodávají výpočetní energetická centra pouze malou část své energie do zátěží IT, přičemž hlavní spotřeba energie pochází z chladicího systému. Nahrazením ventilátorů a klimatizace technologií chladícího kapalinového chlazení, která nevyžaduje nepřetržitou spotřebu elektrické energie, lze výrazně snížit celkovou spotřebu energie výpočetního výkonového centra a výrazně snížit hodnotu PUE. Technologie chladného chlazení kapalinou prostřednictvím řady technologií pro úsporu energie, jako je distribuce chladu, přesné řízení teploty, chlazení teplou vodou a zpětné získávání odpadního tepla, výrazně snižuje spotřebu energie výpočetních výkonových center a dosahuje efektivního využití energie.

 

▲ mocenská centra

 

Technologie chladícího kapalinového chlazení přímo dodává nízkoteplotní chladivo součástem generujícím teplo prostřednictvím jednotky pro rozvod chladu, rychle a efektivně absorbuje teplo generované servery, efektivně zkracuje cestu přenosu tepla a zlepšuje účinnost chlazení systému.

 

• Ve srovnání s tradičními vzduchovými chladicími systémy snižují chladicí systémy chladicích desek potřebu rozsáhlého chlazení vzduchem, umožňují přesné řízení teploty a výrazně snižují spotřebu energie na chlazení výpočetních výkonových center.
• Technologie chlazení chladicími deskami navíc využívá chlazení teplou vodou, přičemž výstupní teplota vody dosahuje 55-60 stupňů, což umožňuje celoroční přirozené chlazení. Kromě toho, s teplotami vratné vody přesahujícími 55 stupňů, vysoká tepelná kvalita umožňuje rekuperaci odpadního tepla pro opětovné použití. Kapalinové chlazení teplou vodou snižuje zatížení chladicího systému odvodem tepla a rekuperace odpadního tepla snižuje celkovou spotřebu energie. Společně mohou výrazně snížit spotřebu energie výpočetních výkonových center. Kromě snížené spotřeby energie samotného chladicího systému pomáhá chlazení chladicích desek dále snižovat teploty čipů, což vede k vyšší spolehlivosti a nižší spotřebě energie. Očekává se, že celková spotřeba energie systému klesne přibližně o 5 %.

 

 

V Snadná údržba: Integrované serverové skříně umožňují automatizovanou a inteligentní zjednodušenou údržbu

 

S rozvojem technologií a zvyšující se poptávkou se centra výpočetní síly rozšiřují a jejich aplikační a systémové prostředí se stávají stále složitějšími a vyžadují více pracovních sil a technické podpory k zajištění stability a bezpečnosti. Integrované chladící skříně kapalinového chlazení jsou na trhu široce uznávány pro své výhody v rychlém nasazení a pohodlné údržbě.

 

▲ Integrovaná chladicí kapalinová chladicí skříň

 

Kapalinou chlazené serverové skříně dosahují automatizované údržby s nulovými kabely prostřednictvím třísběrnicového zaslepeného designu pro vodní chladicí okruh, napájení a výměnnou síť, což značně zjednodušuje proces údržby a snižuje rizika selhání.

 

• Po instalaci, testování a odladění na výrobní lince mohou být serverové skříně chlazené kapalinou dodány přímo do datového centra zákazníka, čímž se dosáhne nulové instalace na místě a zkrátí se dodací cyklus na několik dní.
• Potrubí na sekundární straně využívá modulární konstrukci s komponenty předem vyrobenými v továrně, což eliminuje potřebu svařování a proplachování na místě, zvyšuje účinnost o 50 % a výrazně urychluje nasazení a aktivaci.
• Kapalinou chlazené serverové skříně dále obsahují robotickou údržbu, automatickou identifikaci U-pozice serveru, integraci správy sítě třetích stran a inteligentní správu, což zjednodušuje procesy údržby a zároveň zvyšuje efektivitu údržby.

 

Díky integrovanému designu, kapalinou chlazené serverové skříně, automatizovaná údržba s nulovým počtem kabelů, efektivní výměna komponent, rychlé dodání skříně, efektivní návrh potrubí a inteligentní možnosti údržby umožňují pohodlnější údržbu, rychlejší nasazení a efektivnější provoz a zároveň snižují náklady na údržbu. a vstup práce. Tyto výhody dělají z kapalinou chlazených serverových skříní ideální volbu pro spolehlivý provoz a budoucí vývoj výpočetních center.

 

 

VI Easy Retrofit: Výhody flexibilní provozuschopnosti podporují upgrade a transformaci zastaralých datových center

 

Tváří v tvář zpřísňujícím se požadavkům na spotřebu energie a politikám čelí tradiční centra výpočetní energie významným výzvám. Aby provozovatelé výpočetních center splnili požadavky na úsporu energie a ochranu životního prostředí, musí přijmout účinná opatření. Mezi nimi se modernizace vzduch-kapalina se svou významnou ekonomickou účinností, vysokou spotřebou energie a vynikajícím výkonem stala pro operátory výpočetních center vhodnou cestou k přizpůsobení se současným požadavkům na spotřebu energie a environmentálním výzvám.

 

▲ technologie kapalinového chlazení

 

Přechodem metod chlazení některých nebo všech serverů z tradiční technologie chlazení vzduchem na technologii efektivního chlazení kapalinou mohou výpočetní výkonová centra výrazně zlepšit využití energie, snížit hodnoty PUE, a tím snížit celkovou spotřebu energie. Tento krok nejen pomáhá splnit požadavky na spotřebu energie, ale také zvyšuje efektivitu chlazení serverů, zvyšuje výpočetní kapacitu a snižuje problémy související s hlukem ventilátoru a cirkulací vzduchu, čímž zlepšuje stabilitu a spolehlivost serverů.

 

• Za prvé, technologie studeného chlazení kapalinou nabízí lepší materiálovou kompatibilitu s komponenty generujícími teplo. V chladicím systému kapalinového chlazení chladicí desky proudí chladicí kapalina pouze potrubím chladicí desky a není v přímém kontaktu se základní deskou serveru a komponentami generujícími teplo. Není tedy potřeba speciálního materiálového provedení pro základní desku a komponenty generující teplo. Při výběru chladicí kapaliny je třeba zvážit pouze její kompatibilitu s cirkulačním potrubím a chladicí deskou. Díky tomu je technologie chladícího kapalinového chlazení flexibilnější a vhodná pro různá serverová zařízení bez nutnosti rozsáhlých hardwarových úprav.
• Za druhé, technologii chlazení kapalinou se studenými deskami lze snadno dovybavit. Tato technologie nemění původní podobu základní desky serveru, ale místo toho ji upravuje, přičemž zachovává stávající základní desku. Tento způsob úpravy umožňuje nejen snadnou demontáž a pohodlnou instalaci, ale také nabízí lepší proveditelnost z hlediska technologie, průmyslu a velkovýroby. Vzhledem k tomu, že nevyžaduje velké změny nebo výměny základní desky, je instalace a údržba technologie chlazení studenými deskami jednodušší a pohodlnější a zároveň snižuje obtížnost rozšiřování výroby v technologii a průmyslu. Naproti tomu technologie imerzního kapalinového chlazení obvykle vyžaduje návrh specializovaných kapalinou chlazených základních desek, aby vyhovovaly jejich plně ponořeným vlastnostem, což nepochybně zvyšuje jak technické, tak výrobní náklady.

 

Využitím těchto výhod je technologie chlazení chladicími deskami v praktických aplikacích pohodlnější a nákladově efektivnější, což z ní činí preferovanou technologii pro modernizaci a dovybavení starých chladicích systémů vzduch-kapalina ve výpočetních centrech.