Technológia chladenia kvapalinou – nový spôsob úspory energie a zníženia spotreby dátových centier
V ére digitálnej ekonomiky a internetu vecí si výpočty a spracovanie masívnych dát vyžadujú neustále rozširovanie rozsahu infraštruktúry dátových centier, čo prináša aj problém prudkého nárastu spotreby energie. Podľa „Výskumnej správy o rozvoji čínskej“ novej infraštruktúry budú mať globálne dátové centrá do roku 2025 najväčší podiel na celosvetovej spotrebe energie, až 33 %. V Číne bola spotreba energie národných dátových centier vyššia. rastom o viac ako 12 % počas ôsmich po sebe nasledujúcich rokov a podiel spotreby elektriny v spoločnosti sa bude v budúcnosti naďalej zvyšovať.
Spotreba energie dátových centier pochádza hlavne z dvoch aspektov: spotreby energie samotných serverov a chladiaceho výkonu potrebného na chladenie servera. So zlepšením výpočtového výkonu v dátových centrách nie je najväčšou investíciou pre novovybudované dátové centrá samotná budova, ale náklady na vybavenie na zabezpečenie napájania a náklady na chladenie dátového centra. Podľa štatistík predstavuje chladiaci systém v dátových centrách asi 40 % spotreby energie celého dátového centra.
Technológia chladenia kvapalinou sa vzťahuje na použitie kvapaliny ako média na prenos tepla na výmenu tepla pre vykurovacie komponenty a odoberanie tepla namiesto nepriameho chladenia vzduchom, ako je chladenie vzduchom. Kvapalina má lepšiu tepelnú vodivosť, 25-krát vyššiu ako vzduch, a rýchlejší a lepší efekt prenosu teploty. Medzitým, vzhľadom na veľkú mernú tepelnú kapacitu kvapalín, sa ich teplota po absorbovaní veľkého množstva tepla výrazne nemení, čím sa stabilizuje teplota CPU. Technológiu chladenia kvapalinou možno rozdeliť do troch typov: typ spreja, typ ponorenia a typ studenej dosky.
Chladenie kvapalinou sprejového typu:
Uložte kvapalinu a otvorené otvory na vrchu šasi, aby chladiaca kvapalina mohla striekať na vykurovacie teleso podľa jeho polohy a veľkosti generovania tepla, čím sa dosiahne účel chladenia zariadenia. Striekaná kvapalina prichádza do priameho kontaktu s chladeným zariadením, čo má za následok vysokú účinnosť chladenia; Počas procesu striekania však kvapalina zaznamená unášanie a vyparovanie, keď sa stretne s predmetmi s vysokou teplotou. Kvapky hmly a plyny budú emitované pozdĺž medzier v otvoroch šasi na vonkajšiu stranu šasi, čo spôsobí zníženie čistoty prostredia počítačovej miestnosti alebo bude mať vplyv na iné zariadenia.
Ponorné chladenie kvapalinou:
Elektronické súčiastky sú priamo ponorené do dielektrickej kvapaliny, ktorá je umiestnená v utesnenom, ale ľahko prístupnom obale a teplo sa prenáša z elektronických súčiastok do kvapaliny. Zvyčajne sa používa obehové čerpadlo na prúdenie ohriateho elektronického roztoku fluoridu do výmenníka tepla, kde sa ochladzuje a cirkuluje späť do nádoby. Typ ponorenia možno rozdeliť na dva typy: jednofázové a dvojfázové. Pri jednofázovom ponornom kvapalinovom chladení zostáva elektronický fluór kvapalina v kvapalnom stave; Pri dvojfázovom ponornom chladení kvapalinou proces varu a kondenzácie elektronickej fluoračnej kvapaliny exponenciálne zlepšuje účinnosť prenosu tepla kvapaliny.
Chladenie kvapalinou studenej dosky:
Priame chladenie čipu cirkuláciou kvapalného média cez čerpadlo cez chladiacu dosku zostavenú do elektronických komponentov na odvádzanie tepla. Kvapaliny neprichádzajú do priameho kontaktu s elektronickými zariadeniami. Aj keď sa na priame chladenie čipov bežne používajú nedielektrické kvapaliny (ako je voda/etylénglykol), dielektrické elektronické fluoračné kvapaliny sa môžu použiť aj na priame aplikácie čipov, čím sa znížia riziká spojené s únikmi a zlepší sa spoľahlivosť hardvéru/IT zariadení. Na dosiahnutie priameho chladenia čipu je možné použiť jednofázové a dvojfázové technológie.
V súčasnosti je technológia chladenia kvapalinou aplikovaná a overená v niektorých domácich a zahraničných dátových centrách. Napríklad:
Alibaba Cloud: V roku 2018 spustil Alibaba Cloud prvý superpočítačový klaster na svete založený na pohlcujúcej technológii chladenia kvapalinou – X-Dragon Super Computing Cluster. Tento klaster využíva dvojfázové imerzné kvapalinové chladiace riešenie, ktoré úplne ponorí servery do fluoridového roztoku a dosiahne efektívny odvod tepla varom a kondenzáciou fluoridového roztoku. Podľa Alibaba Cloud môže tento klaster znížiť spotrebu energie servera o 50 %, zlepšiť účinnosť chladenia o 80 % a ušetriť priestor v dátovom centre a náklady na údržbu.
Tencent Cloud vybudoval prvé dátové centrum na svete založené na technológii chladenia rozprašovanou kvapalinou, Guiyang T3 Data Center, v Guizhou v roku 2019. Dátové centrum využíva schému chladenia rozprašovanou kvapalinou, ktorá rozprašuje fluoridový roztok v atomizovanej forme nad server a dosahuje rozptyl tepla. výmenou tepla medzi roztokom fluoridu a vzduchom. Podľa Tencent Cloud môže dátové centrum znížiť PUE pod 1,2, ušetriť 30 % priestoru v počítačovej miestnosti a zlepšiť výkon a spoľahlivosť servera.
Microsoft potopil Project Natick, dátové centrum založené na technológii ponoreného kvapalinového chladenia, pod morom v Škótsku v roku 2020. Dátové centrum používa jednofázovú schému ponorného kvapalinového chladenia, pričom server úplne ponorí do tlakovej nádoby naplnenej dusíkom a využíva morskú vodu na odvod tepla. Podľa Microsoftu je dátové centrum schopné dosiahnuť sebestačné dodávky energie a má vyššiu spoľahlivosť a bezpečnosť.
S neustálym rozširovaním rozsahu dátových centier, zvyšujúcou sa hustotou výpočtovej techniky, zvyšujúcimi sa nákladmi na energiu a zvyšujúcimi sa požiadavkami na životné prostredie, tradičná technológia chladenia vzduchom už nie je schopná uspokojiť vývojové potreby dátových centier. Technológia chladenia kvapalinou má na druhej strane zjavné výhody, ako je úspora energie a zníženie spotreby, prispôsobivosť voči životnému prostrediu, flexibilný dizajn, využitie odpadového tepla a šetrnosť k životnému prostrediu, čo z nej robí budúci smer vývoja technológie chladenia dátových centier.
