Kutatás a szerver folyadékhűtési technológiájának fejlesztési helyzetéről itthon és külföldön

A mikroelektronika és az elektromos berendezések hatékony hőelvezetése mindig is a modern hőátadási technológia egyik fő alkalmazása volt.

[1]. Az elektronikus feldolgozó chipek integrálása egyre magasabb, de a mennyiség egyre kisebb. A CPU gyártási folyamata 65 nanométerről 32 nanométerre változott, mint a mainstream korszak, a GPU pedig a 28 nanométeres korszakba lépett, ami nagy hőáramlást okozott. A sűrűség hőelvezetési problémája

[2]. A CPU-chip hőteljesítménye a néhány évvel ezelőtti 1 Yi körülbelül 105 W/m2-ről mostanra körülbelül 106 W/m2-re emelkedett.

[3]. Ha a hőleadás rossz, a keletkező túl magas hőmérséklet nemcsak a chip működési stabilitását csökkenti és a hibaarányt növeli, hanem túlzott hőfeszültséget is okoz a modul belső és külső környezete közötti túlzott hőmérsékletkülönbség miatt. , ami befolyásolja a chip elektromos teljesítményét. Üzemi frekvencia, mechanikai szilárdság és megbízhatóság. Kutatások és gyakorlati alkalmazások kimutatták, hogy az elektronikai alkatrészek meghibásodási aránya exponenciálisan növekszik az üzemi hőmérséklet emelkedésével

[4]. Minden alkalommal, amikor egyetlen félvezető alkatrész hőmérséklete 10 Celsius-fokkal nő, a rendszer megbízhatósága 50%-kal csökken. Mivel a magas hőmérséklet nagyon káros hatással lehet az elektronikai alkatrészek teljesítményére, például a magas hőmérséklet veszélyeztetheti a félvezetők csatlakozását, károsíthatja az áramkör csatlakozó interfészét, növelheti a vezető ellenállását és mechanikai feszültségkárosodást okozhat. hogy több mint 55% Az elektronikus berendezések meghibásodási módját a túlzott hőmérséklet okozza

[5]. A szerver megszületése óta rendszerhőleadása mindig együtt járt a fejlesztésével és nem küszöbölhető ki. A legtöbb kiszolgáló hideg levegőt használ a gép hűtésére. A szuperszámítógépek fejlődésével a chip-integráció és a számítási sebesség tovább növekszik, az energiafogyasztás is növekszik, és a hőleadás problémája is egyre hangsúlyosabbá vált. A hagyományos léghűtéses hőleadási módszer a közvetlen hőátadási módszer, amely az egyfázisú folyadék konvektív hőátadásán alapul, és a kényszerlevegős hűtési módszer csak olyan elektronikai készülékeknél alkalmazható, amelyek hőáram-sűrűsége nem haladja meg a mintát. 10W/cm2, és úgy tűnik, hogy a hőáram sűrűsége nagyobb, mint 10W/cm2. Tehetetlen.

Az elmúlt években egyre kiforrottabbá vált a hazai informatizálás fejlődése, és egyre magasabb követelményeket támasztanak az információs rendszer infrastruktúrájával – adatközponti technológiájával – szemben. Az adatközpont esetében a feldolgozandó adatok mennyiségének növekedésével az adatközpont mérete is növekszik.

Az adatfeldolgozó üzleti igények robbanásszerű növekedésével és a számítógépes és hálózati technológia gyors fejlődésével a nagyvállalatok, mint például a banki, biztosítási, értékpapír- és egyéb pénzügyi ágazatok, a szállítás, az egészségügyi és egyéb nagyvállalatok és kormányzati szervek egymás után számos adatot hoztak létre. központok. Hazám' adatközpont-építése az adatszolgáltatások és az IT-technológia igényeitől vezérelve a gyors fejlődés időszakába lépett, és mindenhol felhőalapú számítástechnikai központok és adatközpontok jöttek létre.

Mivel a jelenlegi fő hűtési mód a léghűtés, egy hatalmas adatközpont hatalmas mennyiségű villanyszámlát jelent. Az adatközpontok építésével az adatközpontok hatalmas energiafogyasztása a társadalom különböző iparágainak figyelmét is felkeltette. Például 2013-ban Kínában az adatközpontok száma körülbelül 45 000 volt, az éves energiafogyasztás pedig körülbelül 20 milliárd kWh; a várakozások szerint 2020-ra Kínában az adatközpontok száma meghaladja a 80 ezret, az éves áramfogyasztás pedig a 40 milliárdot. Kilowattóra (adatforrás: ICTresearch).

Kínában számtalan nagyszabású adatközpont működik több millió vagy akár több tízmillió dolláros áramköltséggel, és az adatközpontok energiaigényes"feneketlen gödrökké váltak." A jelenlegi adatközpontok energiahatékonysági mutatója nem magas.

Ennek az az oka, hogy a kapcsolódó számítástechnika, tápegység-technológia és hűtési technológia a történelemből fejlődött ki. A hagyományos adatközpont-tervezés a teljesítményre törekszik, míg az adatközpontok új generációjának az energiahatékonyságra (PUE), azaz az adatközpontok energiafelhasználására kell törekednie, a mai' energiahiány és az energiaköltségek gyors növekedése mellett. . Az egyre melegedő globális klímára, az egyre szűkösebb energiafogyasztásra és az energiaköltségek növekedésére tekintettel az adatközpont magas energiafelhasználású részlege komoly kihívásokkal néz szembe az energiafogyasztás csökkentésében, az erőforrás-felhasználás javításában és a költségmegtakarításban. Egyre több adatközpont-menedzser és IT-szállító figyelme vált elkerülhetetlen tendenciává az adatközpontok fejlesztésében a jövőben. Az illetékes nemzeti hatóságok egyre nagyobb figyelmet fordítanak az adatközpontok energiafogyasztás-kezelésének kérdésére. 2013 elején a"Ipari és Informatikai Minisztérium, Fejlesztési és Reformbizottság, Föld- és Erőforrások Minisztériuma, Villamosenergia-szabályozási Bizottság és Energiaügyi Igazgatóság: Irányadó vélemények az adatközpontok felépítéséről és elrendezéséről [GG ] quot; (Ipari és Információtechnológiai Minisztérium Unicom, 2013, 13. oldal) nagyon konkrét követelményeket támaszt , Elő kell segíteni az adatközpontok elhelyezésének átfogó tervezését, figyelembe kell venni az erőforrásokat és a környezeti tényezőket, elő kell segíteni az erőforrások intenzív felhasználását, és javítani kell az adatközpontok szintjét. energiamegtakarítás és kibocsátáscsökkentés; megfelelő szabványok bevezetése a zöld adatközpontok új generációja által támasztott követelmények teljesítése érdekében, optimalizálja a hideg és meleg levegőáramlás elrendezését a számítógépteremben, és precíz levegőellátást alkalmazzon. számítógépterem építése, főberendezések kiválasztása stb., hogy az újonnan épülő nagyméretű adatközpontok PUE értéke, azaz az adatközpont energiafelhasználása 1,5 alá kerüljön, és törekedjünk a PUE érték csökkentésére az adatközpont az átalakítás után Az alábbiakra 2.

Jelenleg az adatközpontokban széles körben használt új rack szerverek és blade szerverek hősűrűsége évről évre növekszik. A hagyományos, léghűtéses technológiát alkalmazó légkondicionáló rendszerek nem tudták kielégíteni az ilyen nagy sűrűségű számítógéptermek hűtési követelményeit. Az adatközponti infrastruktúra tervezőinek más módot kell találniuk a hatékony és ésszerű hűtési mód megtalálására.

Az adatközpontok energiafogyasztásának csökkentésére számos technikai eszköz létezik, de az alapvető probléma nem az adatközpontok építési módjainak megoldása, hanem a számítógépek és egyéb berendezések hűtési módszereinek forradalmasítása. A legújabb hazai és külföldi kutatási eredményekből ítélve a folyadékhűtéses számítógépek (vagy folyadékhűtéses szerverek) új generációjának kifejlesztése és a folyékony hűtőközeg alkalmazása a levegő helyettesítésére a számítógép fűtőelemeinek hűtésében technológiai forradalom a jövő számítógépeiben. felszerelés.