Tepelné prevedenie rozvádzača kvapalinového chladenia
S nárastom internetu, cloud computingu a veľkých dátových služieb sa zvyšuje celková spotreba energie dátových centier a ich energetickej efektívnosti sa venuje čoraz viac pozornosti. Podľa údajových štatistík je priemerná hodnota energetickej účinnosti (PUE) dátových centier v Číne 1,49, čo je oveľa viac ako požiadavka navrhovaná Národnou komisiou pre rozvoj a reformu pre nové veľké dátové centrá, aby bola nižšia ako 1,25. Zníženie PUE je naliehavé, ako môžu výrobcovia sieťových zariadení výrazne znížiť spotrebu energie a zároveň zabezpečiť vysoký výkon čipov? Chladiaci systém, ako kľúčový faktor ovplyvňujúci výkon aj spotrebu energie, sa stal stredobodom reformy dátového centra a technológia chladenia kvapalinou vďaka svojim jedinečným výhodám postupne nahrádza tradičné chladenie vzduchom ako hlavné chladiace riešenie.
Zistili sme, že priemerná spotreba energie dátových centier je až 33 %, čo sa blíži k jednej tretine celkovej spotreby energie dátových centier. Dôvodom je skutočnosť, že tradičný vzduchom chladený chladiaci systém používaný v dátových centrách využíva ako chladiace médium vzduch s veľmi nízkou špecifickou tepelnou kapacitou, ktorý je poháňaný ventilátormi vo vnútri zariadenia na prenos tepla z CPU a iných zdrojov tepla do chladičov mimo IT. Nevyhnutným obmedzením vzduchového chladenia je aj opätovné použitie fancoilových výmenníkov tepla alebo chladenia klimatizácie na cirkuláciu vzduchu na odvod tepla a chladenie. Ako vyriešiť energetickú účinnosť chladiaceho systému sa preto stalo technologickou iteračnou výzvou, ktorej čelia výrobcovia zariadení v novom politickom prostredí.
Z pohľadu požiadaviek na odvod tepla čipu zariadenia. S vývojom prepínacích čipov, aj keď vysokovýkonné čipové procesy (napríklad 5nm) môžu efektívne znížiť spotrebu energie jednotky, keďže šírka pásma prepínacieho čipu sa zvyšuje na 51,2 Tbps, celková spotreba energie jedného čipu vzrástla na približne 900 W. Ako vyriešiť problém rozptylu tepla čipu zariadenia sa stalo zložitým bodom v celkovom dizajne hardvéru. Chladiaci výkon vzduchom chladeného systému čoskoro dosiahne svoj limit. Aj keď vzduchom chladené chladiče môžu vyriešiť súčasné problémy s odvodom tepla prepínačov, nakoniec budú nedostatočné, keď sa 102,4/204,8 Tbps stane hlavným prúdom a spotreba energie čipov sa v budúcnosti zvýši. Preto sa pre ďalšiu generáciu IT zariadení objavila efektívnejšia technológia chladenia kvapalinou. V nasledujúcich 5-10 rokoch sa v tomto odvetví stalo konsenzom, že vzduchom chladené chladenie v dátových centrách bude postupne nahradené kvapalinovým chladením.
Súčasná technológia chladenia kvapalinou sa delí hlavne na jednofázové kvapalinové chladenie a dvojfázové kvapalinové chladenie. Jednofázové chladenie kvapalinou sa týka chladiacej kvapaliny, ktorá si udržiava svoj kvapalný stav počas procesu cirkulujúceho rozptylu tepla a ľahko odoberá teplo prostredníctvom vysokej špecifickej tepelnej kapacity. Dvojfázové chladenie kvapalinou sa vzťahuje na fázovú zmenu chladiacej kvapaliny počas procesu cirkulačného rozptylu tepla, kde chladiaca kvapalina odvádza teplo zo zariadenia prostredníctvom extrémne vysokého latentného tepla splyňovania. V porovnaní s inými metódami má jednofázové kvapalinové chladenie nižšiu zložitosť a je ľahšie dosiahnuteľné a jeho kapacita odvádzania tepla je dostatočná na podporu IT zariadení v dátových centrách, čo z neho robí súčasnú vyváženú voľbu.
Jednofázové chladenie kvapalinou je rozdelené na chladenie kvapalinou so studenou doskou a chladenie ponornou kvapalinou. Kvapalné chladenie chladiacej dosky fixuje kvapalinovú chladiacu dosku na hlavnom vykurovacom zariadení zariadenia, pričom sa spolieha na to, že kvapalina pretekajúca cez chladiacu dosku odvádza teplo a dosahuje účel odvádzania tepla; Ponorné kvapalinové chladenie je proces priameho ponorenia celého stroja do chladiacej kvapaliny, pričom sa spolieha na prirodzenú alebo nútenú cirkuláciu kvapaliny na odvádzanie tepla generovaného prevádzkou zariadení, ako sú servery.
Výhody chladiaceho chladenia kvapalinou zahŕňajú: minimálne úpravy celkovej počítačovej miestnosti, vyžadujúce len úpravy stojana, chladiacich distribučných jednotiek (CDU) a systému zásobovania vodou. Navyše, chladenie chladiacou doskou môže využívať širší rozsah typov chladiva a vyžaduje oveľa menej ako ponorné chladenie, čo má za následok nižšie počiatočné investičné náklady. Okrem toho je priemyselný reťazec chladenia kvapalinou so studenými doskami vyspelejší a prijateľnejší na trhu.
Výhody ponorného kvapalinového chladenia zahŕňajú: (1) vďaka priamemu kontaktu chladiacej kvapaliny so zariadením je schopnosť odvádzať teplo silnejšia a riziko prehriatia zariadenia je nižšie; (2) Zariadenie na ponorné chladenie kvapalinou nevyžaduje ventilátor, čo má za následok menšie vibrácie a dlhšiu životnosť hardvérového vybavenia; (3) Teplota prívodu chladenej vody na strane strojovne ponoreného kvapalinového chladenia je vyššia a vonkajšia strana ľahšie odvádza teplo. Preto výber miesta strojovne už nie je tak obmedzený regiónom a teplotou ako v dobe vzduchom chladeného.
Aplikácia technológie kvapalinového chladenia v prepínačoch dátových centier rieši nielen ich vlastné tepelné problémy, ale umožňuje aj jednotné nasadenie so servermi kvapalinového chladenia, čím uľahčuje jednotnú výstavbu a prevádzku infraštruktúry dátových centier. Kvapalinové chladenie podporuje výmenu nových technológií na maximalizáciu výkonu, vývoj kvalitnejších produktov dátových centier a spoločné budovanie zelenej digitálnej ekonomiky.
