Folyadékhűtési technológia – az adatközpontok energiamegtakarításának és fogyasztáscsökkentésének új módja
A digitális gazdaság és a tárgyak internete korszakában a tömeges adatok számítása és feldolgozása megköveteli az adatközpontok infrastrukturális skálájának folyamatos bővítését, ami az energiafogyasztás meredek növekedésének problémáját is magával hozza. A „Kínai új infrastruktúra fejlesztéséről szóló kutatási jelentés” szerint 2025-re a globális adatközpontok adják majd a globális energiafogyasztás legnagyobb részét, akár 33%-ot. nyolc egymást követő évben 12% feletti ütemben nő, és a villamosenergia-fogyasztás aránya a társadalomban a jövőben is tovább fog növekedni.
Az adatközpontok energiafogyasztása alapvetően két aspektusból adódik: maguknak a szervereknek az energiafogyasztásából, illetve a szerverhűtéshez szükséges hűtőteljesítményből. Az adatközpontok számítási teljesítményének javulásával az újonnan épült adatközpontok legnagyobb beruházása nem maga az épület, hanem az áramellátást biztosító berendezések költsége és az adatközpont hűtésének költsége. A statisztikák szerint az adatközpontok hűtőrendszere a teljes adatközpont energiafogyasztásának mintegy 40%-át teszi ki.
A folyékony hűtési technológia arra utal, hogy a folyadékot hőátadó közegként használják fel, hogy hőt cseréljenek a fűtőelemek számára és elvonják a hőt, ahelyett, hogy közvetetten, levegőn keresztül hűtnének, mint például a léghűtés. A folyadéknak jobb a hővezető hatása, 25-szöröse a levegőnek, és gyorsabb és jobb a hőmérséklet-átadási hatása. Mindeközben a folyadékok nagy fajlagos hőkapacitása miatt a hőmérsékletük nem változik jelentősen nagy mennyiségű hő felvétele után, így stabilizálja a CPU hőmérsékletét. A folyadékhűtési technológia három típusra osztható: spray típusú, merülő típusú és hideglemezes típus.
Spray típusú folyadékhűtés:
Tároljon folyadékot és nyitott lyukakat az alváz tetején, hogy a hűtőfolyadék a helyzetének és hőtermelési méretének megfelelően a fűtőelemre permetezzen, ezzel elérve a berendezés hűtésének célját. A kipermetezett folyadék közvetlenül érintkezik a hűtött készülékkel, ami nagy hűtési hatékonyságot eredményez; A permetezési folyamat során azonban a folyadék elsodródik és elpárolog, amikor magas hőmérsékletű tárgyakkal találkozik. Ködcseppek és gázok bocsátanak ki a ház furatainak rései mentén a ház külseje felé, ami csökkenti a számítógépterem környezetének tisztaságát, vagy hatással lesz más berendezésekre.
Merülő típusú folyadékhűtés:
Az elektronikus alkatrészeket közvetlenül egy dielektromos folyadékba merítik, amelyet egy lezárt, de könnyen hozzáférhető edénybe helyeznek, és az elektronikus alkatrészekről a hőt a folyadékba továbbítják. Általában egy keringető szivattyút használnak a felmelegített elektronikus fluorid oldat hőcserélőbe áramlására, ahol az lehűl és visszakerül a tartályba. A merülési típus két típusra osztható: egyfázisú és kétfázisú. Egyfázisú merülő folyadékhűtésnél az elektronikus fluor folyadék folyékony állapotban marad; A kétfázisú merülő folyadékhűtésnél az elektronikus fluorozó folyadék forrás- és kondenzációs folyamata exponenciálisan javítja a folyadék hőátadási hatékonyságát.
Hideglemezes folyadékhűtés:
A chip közvetlen hűtése folyékony közeg keringetésével egy szivattyún keresztül egy elektronikus alkatrészekbe szerelt hideg lemezen keresztül a hőelvezetés érdekében. A folyadékok nem érintkeznek közvetlenül az elektronikus eszközökkel. Bár a nem dielektromos folyadékokat (például a vizet/etilénglikolt) általánosan használják a forgács közvetlen hűtésére, a dielektromos elektronikus fluorozó folyadékok közvetlenül is használhatók chip-alkalmazásokhoz, csökkentve a szivárgással kapcsolatos kockázatokat és javítva a hardver/informatikai berendezések megbízhatóságát. Egyfázisú és kétfázisú technológiákat lehet alkalmazni a közvetlen forgácshűtés elérésére.
Jelenleg néhány hazai és külföldi adatközpontban alkalmazzák és validálják a folyadékhűtési technológiát. Például:
Alibaba Cloud: 2018-ban az Alibaba Cloud elindította a világ első, magával ragadó folyadékhűtési technológián alapuló szuperszámítógép-fürtjét – az X-Dragon Super Computing Clustert. Ez a klaszter kétfázisú, merülő folyadékhűtési megoldást alkalmaz, amely teljesen elmeríti a szervereket fluorid oldatba, és hatékony hőelvezetést biztosít a fluorid oldat forralásával és kondenzációjával. Az Alibaba Cloud szerint ez a fürt 50%-kal csökkentheti a szerverek energiafogyasztását, 80%-kal javíthatja a hűtési hatékonyságot, valamint helyet takaríthat meg az adatközpontban és a karbantartási költségeket.
A Tencent Cloud 2019-ben építette meg Guizhouban a világ első permetléhűtési technológián alapuló adatközpontját, a Guiyang T3 Data Centert. Az adatközpont permetléhűtési rendszert alkalmaz, amely porlasztott formában fluoridot permetez a szerver fölé, és hőelvezetést biztosít. a fluorid oldat és a levegő közötti hőcserén keresztül. A Tencent Cloud szerint az adatközpont 1,2 alá csökkentheti a PUE-t, 30%-ot takaríthat meg a számítógépteremben, és javíthatja a szerver teljesítményét és megbízhatóságát.
A Microsoft 2020-ban Skóciában tenger alá süllyesztette a Project Natick nevű, merülő folyadékhűtési technológián alapuló adatközpontot. Az adatközpont egyfázisú, merülő folyadékhűtési rendszert alkalmaz, a szervert teljesen bemeríti egy nitrogénnel töltött nyomástartó edénybe, és tengervizet használ hőleadás. A Microsoft szerint az adatközpont képes önellátó energiaellátást megvalósítani, nagyobb megbízhatósággal és biztonsággal rendelkezik.
Az adatközpontok méretének folyamatos bővülésével, a számítási sűrűség növekedésével, az energiaköltségek növekedésével és a környezeti követelmények növekedésével a hagyományos léghűtéses technológia már nem képes megfelelni az adatközpontok fejlesztési igényeinek. A folyadékhűtési technológiának viszont olyan nyilvánvaló előnyei vannak, mint az energiatakarékosság és fogyasztáscsökkentés, a környezeti alkalmazkodóképesség, a rugalmas kialakítás, a hulladékhő hasznosítása, valamint a környezetbarátság, így az adatközponti hűtési technológia jövőbeli fejlesztési iránya.
