Jak działa chłodzenie cieczą w rozdzielnicy
Wraz z rozwojem Internetu, przetwarzania w chmurze i usług big data, całkowite zużycie energii w centrach danych rośnie, a ich efektywność energetyczna również przyciąga coraz większą uwagę. Według danych statystycznych średnia wartość efektywności wykorzystania energii (PUE) centrów danych w Chinach wynosi 1,49, czyli jest znacznie wyższa niż wymaganie zaproponowane przez Narodową Komisję Rozwoju i Reform, aby nowe duże centra danych wynosiły mniej niż 1,25. Zmniejszenie PUE jest pilne. W jaki sposób producenci sprzętu sieciowego mogą znacząco zmniejszyć zużycie energii, zapewniając jednocześnie wysoką wydajność chipów? System chłodzenia, jako kluczowy czynnik wpływający zarówno na wydajność, jak i zużycie energii, stał się przedmiotem reformy centrów danych, a technologia chłodzenia cieczą, ze względu na swoje unikalne zalety, stopniowo zastępuje tradycyjne chłodzenie powietrzem jako główne rozwiązanie chłodzące.
Ustaliliśmy, że średnie zużycie energii w centrach danych wynosi aż 33%, co stanowi blisko jedną trzecią całkowitego zużycia energii w centrach danych. Dzieje się tak dlatego, że tradycyjny system chłodzenia chłodzony powietrzem stosowany w centrach danych wykorzystuje jako czynnik chłodzący powietrze o bardzo niskiej pojemności cieplnej właściwej, które jest napędzane przez wentylatory znajdujące się wewnątrz sprzętu w celu przenoszenia ciepła z procesora i innych źródeł ciepła do radiatorów z dala od sprzętu IT. Ponowne wykorzystanie klimakonwektorów lub urządzeń chłodniczych w klimatyzacji do cyrkulacji powietrza w celu rozpraszania ciepła i chłodzenia jest również niezbędnym ograniczeniem chłodzenia powietrza. Dlatego też rozwiązanie problemu efektywności energetycznej układu chłodzenia stało się technologicznym wyzwaniem, przed którym stoją producenci sprzętu w nowym środowisku politycznym.
Z punktu widzenia wymagań dotyczących odprowadzania ciepła przez chip urządzenia. Wraz z rozwojem chipów przełączających, chociaż wysokowydajne procesy chipowe (takie jak 5 nm) mogą skutecznie zmniejszyć jednostkowe zużycie mocy obliczeniowej, wraz ze wzrostem przepustowości chipa przełączającego do 51,2 Tbps, całkowite zużycie energii przez pojedynczy chip wzrosło do około 900 W. Rozwiązanie problemu rozpraszania ciepła przez układ urządzenia stało się trudnym punktem w ogólnym projekcie sprzętu. Wydajność chłodzenia układu chłodzonego powietrzem wkrótce osiągnie swój limit. Mimo że radiatory chłodzone powietrzem mogą rozwiązać obecne problemy z rozpraszaniem ciepła w przełącznikach, ostatecznie staną się niewystarczające, gdy 102,4/204,8 Tbps stanie się głównym nurtem, a zużycie energii przez chip wzrośnie w przyszłości. Dlatego pojawiła się bardziej wydajna technologia chłodzenia cieczą dla następnej generacji sprzętu IT. W ciągu następnych 5-10 lat w branży panuje konsensus co do tego, że chłodzenie powietrzem w centrach danych będzie stopniowo zastępowane chłodzeniem cieczą.
Obecna technologia chłodzenia cieczą dzieli się głównie na jednofazowe chłodzenie cieczą i dwufazowe chłodzenie cieczą. Jednofazowe chłodzenie cieczą odnosi się do cieczy chłodzącej utrzymującej swój stan ciekły przez cały proces rozpraszania ciepła w obiegu i łatwo odprowadzającej ciepło dzięki dużej pojemności cieplnej właściwej. Dwufazowe chłodzenie cieczą odnosi się do zmiany fazy chłodziwa podczas procesu rozpraszania ciepła w obiegu, podczas którego chłodziwo odprowadza ciepło z urządzenia poprzez wyjątkowo wysokie ciepło utajone zgazowania. W porównaniu z innymi metodami, jednofazowe chłodzenie cieczą jest mniej złożone i łatwiejsze do osiągnięcia, a jego zdolność rozpraszania ciepła jest wystarczająca do obsługi sprzętu IT w centrach danych, co czyni go bieżącym wyborem.
Jednofazowe chłodzenie cieczą dzieli się na chłodzenie cieczą z zimną płytą i chłodzenie cieczą zanurzeniową. Chłodzenie cieczą płyty zimnej mocuje płytę chłodzenia cieczą na głównym urządzeniu grzewczym urządzenia, opierając się na cieczy przepływającej przez płytę zimną w celu odprowadzania ciepła i osiągnięcia celu rozpraszania ciepła; Chłodzenie cieczą zanurzeniową to proces bezpośredniego zanurzenia całej maszyny w płynie chłodzącym, polegający na naturalnym lub wymuszonym obiegu cieczy w celu odprowadzenia ciepła wytwarzanego podczas pracy sprzętu takiego jak serwery.
Zalety chłodzenia cieczą z zimną płytą obejmują: minimalne modyfikacje całego pomieszczenia komputerowego, wymagające jedynie modyfikacji szafy, jednostek dystrybucji chłodzenia (CDU) i systemu zaopatrzenia w wodę. Co więcej, chłodzenie cieczą z zimną płytą może wykorzystywać szerszą gamę rodzajów chłodziwa i wymaga znacznie mniej niż chłodzenie zanurzeniowe, co skutkuje niższymi początkowymi kosztami inwestycji. Ponadto łańcuch branży chłodzenia cieczą z płytami zimnymi jest bardziej dojrzały i bardziej akceptowalny na rynku.
Zaletami chłodzenia cieczą zanurzeniową są: (1) bezpośredni kontakt chłodziwa ze sprzętem zapewnia większą zdolność odprowadzania ciepła i mniejsze ryzyko przegrzania urządzenia; (2) Sprzęt do chłodzenia cieczą zanurzeniową nie wymaga wentylatora, co skutkuje mniejszymi wibracjami i dłuższą żywotnością sprzętu; (3) Temperatura dopływu wody lodowej po stronie maszynowni z zanurzonym chłodzeniem cieczą jest wyższa, a strona zewnętrzna łatwiej rozprasza ciepło. Dlatego wybór miejsca na maszynownię nie jest już tak ograniczony regionem i temperaturą, jak w erze chłodzonych powietrzem.
Zastosowanie technologii chłodzenia cieczą w przełącznikach centrów danych nie tylko rozwiązuje ich własne problemy termiczne, ale także umożliwia ujednolicone wdrożenie z serwerami chłodzenia cieczą, ułatwiając ujednoliconą budowę i obsługę infrastruktury centrum danych. Chłodzenie cieczą wspiera wymianę nowych technologii w celu maksymalizacji wydajności, opracowywania kolejnych dobrych produktów dla centrów danych i wspólnego budowania zielonej gospodarki cyfrowej.
