Ekspert techniczny firmy Dell: porównanie pięciu technologii zarządzania temperaturą serwerów, jednofazowe DLC jest bardziej skuteczne

Niedawno podczas wykładu technicznego zorganizowanego przez DCD dr Tim Shedd, ekspert ds. technologii firmy Dell, przedstawił porównanie wydajności pięciu technologii zarządzania ciepłem serwerów w prezentacji zatytułowanej „Porównanie wydajności pięciu technologii zarządzania ciepłem serwerów”. Wiodące technologie chłodzenia centrów danych uwzględnione w badaniu obejmują chłodzenie powietrzem, jednofazowe zanurzenie, dwufazowe zanurzenie, dwufazowe bezpośrednie chłodzenie cieczą i jednofazowe bezpośrednie chłodzenie cieczą (DLC, zimna płyta).

Badania firmy Dell wskazują, że w porównaniu z pozostałymi czterema metodami chłodzenia centrów danych, jednofazowe bezpośrednie chłodzenie cieczą (DLC) charakteryzuje się najwyższą sprawnością cieplną, zapewniając potencjalną drogę do lepszego zrównoważonego rozwoju i zwiększonej wydajności.

W raporcie zauważono, że do 2025 r. moc procesorów lub układów GPU ma osiągnąć nawet 500 W, a sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe spowodują zwiększenie mocy procesorów graficznych do 700 W i przewidywany przyszły wzrost do 1000 W.

Co ważniejsze, wraz ze wzrostem mocy istnieje zapotrzebowanie na niższe temperatury pakowania chipów i mniejsze różnice temperatur, aby zapewnić normalne działanie chipów. Dlatego też wyzwania stojące przed systemami zarządzania ciepłem stają się coraz większe.

W raporcie wykorzystano typowe dane konfiguracyjne serwerów w centrum danych w celu skonstruowania uproszczonego modelu termicznego, ilustrującego możliwość zastosowania tych pięciu technologii zarządzania temperaturą, gdy moc procesora wzrośnie z 250 W do 500 W.

Procesor 250 W

W ciągu ostatnich kilku lat, gdy TDP procesora wynosiło około 250 W, wszystkie pięć technologii zarządzania temperaturą mogło skutecznie chłodzić typowe szafy w centrach danych, takie jak te, w których zastosowano 32 dwugniazdowe serwery montowane w szafach o mocy 250 W. W przypadku serwera montowanego w szafie o wysokości 2U różnica temperatur pomiędzy opakowaniem chipów a powietrzem przepływającym przez serwer wynosiła około 26 stopni. Dlatego przy zaledwie 25 stopniach chłodnego powietrza temperaturę chipa można utrzymać na poziomie około 51 stopni, co jest całkiem rozsądne.

W tym momencie wydajność chłodzenia powietrzem pojedynczego serwera jest porównywalna z jednofazowym chłodzeniem zanurzeniowym.

W dwufazowym chłodzeniu zanurzeniowym różnica temperatur pomiędzy opakowaniem chipów a cieczą chłodzącą wynosi około 20 stopni, podczas gdy w technologii DLC różnica temperatur jest jeszcze niższa. Przy typowych natężeniach przepływu wynoszących 1 l/min (1 litr na minutę) lub 2 l/min (2 litry na minutę), różnica temperatur pomiędzy podstawą zimnej płyty DLC a opakowaniem zrębków mieści się w zakresie 10 stopni.

Procesor 350 W

Obecnie, przy zwiększeniu mocy poszczególnych procesorów z 350 W do 400 W, różnica temperatur wymagana do rozproszenia ciepła chipów do wody chłodzącej obiekt stale rośnie.

W przypadku wdrożenia chłodzenia szafy z 32 dwugniazdowymi serwerami o mocy 350 W montowanymi w szafie różnica temperatur pomiędzy chłodzeniem powietrzem (1U) a pakowaniem chipów przekracza 50 stopni. Oznacza to, że chłodzenie serwera chłodnym powietrzem o temperaturze 25 stopni spowodowałoby temperaturę procesora na poziomie około 75 stopni, czyli blisko limitu temperatury roboczej procesora.

W tym momencie skuteczność jednofazowego chłodzenia zanurzeniowego jest porównywalna z chłodzeniem powietrzem (1U), podczas gdy chłodzenie powietrzem (2U) może utrzymać różnicę temperatur pomiędzy powietrzem a chipem na poziomie około 38 stopni.

Dodatkowo różnica temperatur pomiędzy dwufazową cieczą chłodzącą zanurzeniową a opakowaniem chipów wynosi około 25 stopni, podczas gdy jednofazowy DLC i dwufazowy DLC pozostają bardzo wydajne. Różnica temperatur pomiędzy dwufazowym DLC a chipem wynosi około 15 stopni, a przy natężeniu przepływu 1 l/min różnica temperatur dla jednofazowego DLC wynosi około 11 stopni.

Jest oczywiste, że wraz ze wzrostem mocy procesora do 350 W-400W chłodzenie powietrzem zbliża się do praktycznych granic, wymagając zimniejszego powietrza i zwiększając zużycie energii chłodzącej.

500W

Oczekuje się, że w ciągu najbliższych dwóch do trzech lat TDP procesorów ogólnie wzrośnie do 500 W, co stwarza poważne wyzwania dla chłodzenia powietrzem. Konieczne będą innowacyjne metody projektowania grzejników lub poleganie na większych rozmiarach, aby umożliwić dopływ większej ilości powietrza i schłodzenie procesora.

W tym momencie chłodzenie powietrzem (1U), jednofazowe chłodzenie zanurzeniowe i różnica temperatur pomiędzy opakowaniem chipów przekraczają 60 stopni. Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe pozostaje skuteczne, ale różnica wzrasta do około 34 stopni. Różnice temperatur pomiędzy dwufazowym DLC i jednofazowym DLC (1 l/min) są podobne i wynoszą około 25 stopni, natomiast jednofazowe DLC (2 l/min) mają mniejszą różnicę, około 17 stopni.

Warto zauważyć, że chłodzenie wodą w wysokiej temperaturze w zakresie od 48 do 50 stopni może na tym etapie stwarzać realne możliwości ponownego wykorzystania energii cieplnej.

Streszczenie

Chłodzenie powietrzem:

Rosnące TDP procesora stwarza coraz większe wyzwania dla chłodzenia powietrzem.

Postęp w grzejnikach i wentylatorach może przekroczyć granice.

Zwykle napotyka ograniczenia dotyczące wpływu ciepła procesora na inne podzespoły.

Chłodzenie DLC:

Chłodzenie jednofazowe znacznie przekracza 500 W TDP.

Dwufazowe DLC może chłodzić wysokie TDP, chociaż istnieją problemy z oporem przepływu pary, które należy rozwiązać.

Postępy w projektowaniu systemów lub technologii płynów mogą ulepszyć dwufazowe DLC.

Chłodzenie zanurzeniowe:

Rosnące wyzwania przy wysokim TDP.

Postęp w technologii chłodnic i płynów może przekroczyć ograniczenia.

Układ dwufazowy jest ograniczony temperaturą wrzenia płynu i wydajnością skraplacza.

 

  Jako wiodący producent grzejników, Sinda Thermal może zaoferować szeroką gamę typów radiatorów, takich jak radiator wytłaczany z aluminium, radiator z żebrami ściętymi, radiator z żeberkami pinowymi, radiator z żebrami suwakowymi, płyta chłodząca chłodzona cieczą itp. Możemy również zapewnić świetne jakość i znakomita obsługa klienta. Sinda Thermal konsekwentnie dostarcza niestandardowe radiatory, aby spełnić unikalne wymagania różnych branż.

Sinda Thermal została założona w 2014 roku i szybko się rozwinęła dzięki zaangażowaniu w doskonałość i innowacje w dziedzinie zarządzania ciepłem. Firma posiada świetny zakład produkcyjny wyposażony w zaawansowaną technologię i maszyny, co gwarantuje, że Sinda Thermal jest w stanie produkować różnego rodzaju grzejniki i dostosowywać je do różnych potrzeb klientów.

Często zadawane pytania
1. P: Czy jesteś firmą handlową lub producentem?
Odp.: Jesteśmy wiodącym producentem radiatorów, nasza fabryka została założona ponad 8 lat, jesteśmy profesjonalni i doświadczeni.

2. P: Czy możesz świadczyć usługi OEM/ODM?
Odp.: tak, dostępne są OEM/ODM.

3. P: Czy masz limit MOQ?
Odp.: Nie, nie ustalamy MOQ, dostępne są próbki prototypów.

4. P: Jaki jest czas realizacji produkcji?
Odp.: W przypadku próbek prototypów czas realizacji wynosi 1-2 tygodni, w przypadku produkcji masowej czas realizacji wynosi 4-6 tygodni.

5. P: Czy mogę odwiedzić Twoją fabrykę?
Odp.: Tak, witamy w Sinda Thermal.