Tehnologija tekočega hlajenja - nov način za varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe podatkovnih centrov
V dobi digitalnega gospodarstva in interneta stvari izračun in obdelava množičnih podatkov zahteva nenehno širitev obsega infrastrukture podatkovnih centrov, kar prinaša tudi problem strmega povečanja porabe energije. Glede na "Raziskovalno poročilo o razvoju" nove infrastrukture " na Kitajskem bodo do leta 2025 svetovni podatkovni centri predstavljali največji delež svetovne porabe energije, do 33%. Na Kitajskem je bila poraba energije nacionalnih podatkovnih centrov osem zaporednih let naraščala po stopnji več kot 12 %, delež porabe električne energije v družbi pa se bo povečeval tudi v prihodnje.
Poraba energije podatkovnih centrov izhaja predvsem iz dveh vidikov: porabe energije samih strežnikov in hladilne moči, potrebne za hlajenje strežnika. Z izboljšanjem računalniške moči v podatkovnih centrih največja naložba pri novozgrajenih podatkovnih centrih ni sama zgradba, temveč stroški opreme za zagotavljanje napajanja in stroški hlajenja podatkovnega centra. Po statističnih podatkih hladilni sistem v podatkovnih centrih predstavlja približno 40 % porabe energije celotnega podatkovnega centra.
Tehnologija tekočega hlajenja se nanaša na uporabo tekočine kot medija za prenos toplote za izmenjavo toplote za grelne komponente in odvzem toplote, namesto posrednega hlajenja prek zraka, kot je zračno hlajenje. Tekočina ima boljši učinek toplotne prevodnosti, 25-krat večji od zraka, ter hitrejši in boljši učinek prenosa temperature. Medtem pa se zaradi velike specifične toplotne kapacitete tekočin njihova temperatura po absorpciji velike količine toplote bistveno ne spremeni, s čimer se stabilizira temperatura procesorja. Tehnologijo tekočega hlajenja lahko razdelimo na tri vrste: razpršilni tip, potopni tip in tip hladne plošče.
Tekočinsko hlajenje s pršenjem:
Shranite tekočino in odprte luknje na vrhu ohišja, kar omogoča, da hladilna tekočina prši na grelni element glede na njegov položaj in velikost proizvodnje toplote, s čimer dosežete namen hlajenja opreme. Razpršena tekočina pride v neposreden stik z ohlajeno napravo, kar ima za posledico visoko učinkovitost hlajenja; Vendar bo med postopkom pršenja tekočina odnašala in izhlapevala, ko bo naletela na predmete z visoko temperaturo. Kapljice megle in plini se bodo oddajali vzdolž rež v luknjah ohišja na zunanjo stran ohišja, kar bo povzročilo zmanjšanje čistoče okolja računalniške sobe ali vplivalo na drugo opremo.
Tekočinsko hlajenje potopnega tipa:
Elektronske komponente so neposredno potopljene v dielektrično tekočino, ki je nameščena v zaprti, a lahko dostopni posodi, toplota pa se prenaša z elektronskih komponent na tekočino. Običajno se uporablja obtočna črpalka za pretok segrete raztopine elektronskega fluorida v toplotni izmenjevalnik, kjer se ohladi in kroži nazaj v posodo. Potopni tip lahko razdelimo na dve vrsti: enofazni in dvofazni. Pri enofaznem potopnem tekočinskem hlajenju ostane elektronska fluorova tekočina v tekočem stanju; Pri dvofaznem potopnem hlajenju s tekočino proces vrenja in kondenzacije tekočine za elektronsko fluoriranje eksponentno izboljša učinkovitost prenosa toplote tekočine.
Tekočinsko hlajenje hladne plošče:
Neposredno hlajenje čipa s kroženjem tekočega medija skozi črpalko skozi hladno ploščo, sestavljeno v elektronske komponente za odvajanje toplote. Tekočine ne pridejo v neposreden stik z elektronskimi napravami. Čeprav se za neposredno hlajenje čipov običajno uporabljajo nedielektrične tekočine (kot je voda/etilenglikol), se lahko dielektrične elektronske fluorirne tekočine uporabljajo tudi za neposredne aplikacije čipov, kar zmanjša tveganja, povezana s puščanjem, in izboljša zanesljivost strojne/IT opreme. Enofazne in dvofazne tehnologije se lahko uporabljajo za doseganje neposrednega hlajenja čipov.
Trenutno je tehnologija tekočinskega hlajenja uporabljena in potrjena v nekaterih domačih in tujih podatkovnih centrih. Na primer:
Alibaba Cloud: Leta 2018 je Alibaba Cloud lansiral prvo superračunalniško gručo na svetu, ki temelji na tehnologiji potopnega hlajenja s tekočino – X-Dragon Super Computing Cluster. Ta grozd uporablja dvofazno potopno tekočinsko hladilno rešitev, ki popolnoma potopi strežnike v raztopino fluorida in doseže učinkovito odvajanje toplote z vrenjem in kondenzacijo raztopine fluorida. Glede na Alibaba Cloud lahko ta gruča zmanjša porabo energije strežnika za 50 %, izboljša učinkovitost hlajenja za 80 % in prihrani prostor v podatkovnem centru in stroške vzdrževanja.
Tencent Cloud je leta 2019 v mestu Guizhou zgradil prvi podatkovni center na svetu, ki temelji na tehnologiji hladilne tekočine s pršenjem, podatkovni center Guiyang T3 Data Center. Podatkovni center uporablja shemo hladilne tekočine s pršenjem, ki razprši raztopino fluorida v atomizirani obliki nad strežnikom in doseže odvajanje toplote. z izmenjavo toplote med raztopino fluorida in zrakom. Glede na Tencent Cloud lahko podatkovni center zmanjša PUE pod 1,2, prihrani 30 % prostora v računalniški sobi in izboljša zmogljivost in zanesljivost strežnika.
Microsoft je leta 2020 pod morje na Škotskem potopil Project Natick, podatkovni center, ki temelji na tehnologiji potopljenega tekočinskega hlajenja. Podatkovni center uporablja enofazno shemo potopnega tekočinskega hlajenja, pri čemer je strežnik popolnoma potopljen v tlačno posodo, napolnjeno z dušikom, in uporablja morsko vodo za odvajanje toplote. Po mnenju Microsofta je podatkovni center sposoben doseči samozadostno oskrbo z energijo in ima večjo zanesljivost in varnost.
Z nenehnim širjenjem obsega podatkovnih centrov, naraščajočo računalniško gostoto, naraščajočimi stroški energije in naraščajočimi okoljskimi zahtevami tradicionalna tehnologija zračnega hlajenja ne more več zadostiti razvojnim potrebam podatkovnih centrov. Po drugi strani pa ima tehnologija tekočega hlajenja očitne prednosti, kot so varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe, okoljska prilagodljivost, prilagodljiva zasnova, izraba odpadne toplote in prijaznost do okolja, zaradi česar je prihodnja razvojna smer tehnologije hlajenja podatkovnih centrov.
