Microsoft недавно завершила проект подводного центра обработки данных, выбрав вариант жидкостного охлаждения на суше. Основная концепция – использование жидкости для охлаждения – определенно имеет смысл применительно к центрам обработки данных. Жидкостное охлаждение предлагает убедительную альтернативу традиционным методам воздушного охлаждения.
Это может повысить энергоэффективность, снизить эксплуатационные расходы и позволить предприятиям повторно использовать избыточное тепло. Учитывая растущие потребности, растущие затраты на электроэнергию и нормативное давление в области экологии, социальной сферы и управления (ESG), это значительные преимущества.
Короче говоря, используя жидкостное охлаждение на суше, центры обработки данных могут воспользоваться его преимуществами, не сталкиваясь с логистическими трудностями, связанными с подводной установкой. Чтобы в полной мере воспользоваться этими преимуществами, операторы должны иметь глубокое понимание жидкостного охлаждения, его проблем и того, как полезные инструменты, такие как цифровые двойники, могут обеспечить успех.
Во-первых, давайте рассмотрим преимущества жидкостного охлаждения.
Заслуженный инженер Cadence.
Содержание
Преимущества жидкостного охлаждения
Центры обработки данных полагаются на мощные компоненты, такие как компьютерные процессоры (ЦП) и графические процессоры (ГП). Поддержание их охлаждения имеет решающее значение для оптимальной производительности. Однако обычное воздушное охлаждение вряд ли может обеспечить эту задачу, поскольку выделение тепла и плотность серверных стоек продолжают расти. Здесь на помощь приходит жидкостное охлаждение.
Жидкости обладают более высокой теплоемкостью, чем воздух (например, теплоемкость воды примерно в 4,2 раза превышает теплоемкость воздуха на кг). В сочетании с плотностью это приводит примерно к 3500-кратному увеличению количества энергии на единицу объема. В результате небольшое количество жидкости можно перекачивать близко к процессорам, графическим процессорам и другим высокопроизводительным компонентам для более непосредственного отвода тепла от них.
Поскольку таким способом тепло легче отводится от компонентов, это дает ряд преимуществ:
- Более высокая плотность мощности чипа
- Более высокие температуры жидкости в контуре охлаждения установки создают потенциал для более естественного охлаждения (хотя это может быть невозможно при более высокой плотности мощности чипов по мере увеличения плотности мощности)
- Более высокая температура обратки, следовательно, больший потенциал рекуперации и повторного использования тепла, поскольку жидкость отделена от жилой среды.
- Требуется меньше энергии – меньше энергии насоса, чем энергии вентилятора, при тех же потерях мощности в системах с воздушным охлаждением.
- Процессоры и графические процессоры могут работать более эффективно при оптимальных температурах, избегая перегрева и потенциальных узких мест в производительности, что особенно важно в условиях увеличения тепловых нагрузок в центрах обработки данных.
Конечно, основная причина перехода к жидкостному охлаждению заключается в том, что серверные стойки высокой плотности, требовательные рабочие нагрузки и постоянно растущая плотность мощности расширяют возможности воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение позволяет легко выдерживать тепловую нагрузку примерно до 20 кВт на стойку. Однако при мощности выше 20–25 кВт сочетание прямого жидкостного охлаждения и прецизионного воздушного охлаждения становится более эффективным и экономичным.
Используя жидкостное охлаждение, центры обработки данных могут обеспечить оптимальную производительность своего мощного оборудования и внести свой вклад в более устойчивое будущее. Однако, как и у любого нововведения, здесь есть недостатки, которые необходимо учитывать.
Операционные препятствия
В прошлом жидкостное охлаждение ассоциировалось с потенциальной опасностью поражения электрическим током. Хотя риск был относительно низким, восприятие и практические проблемы препятствовали широкому внедрению жидкостного охлаждения. Современные решения смягчили эти риски благодаря таким инновациям, как быстроразъемные соединения без капель и вакуумные системы, предотвращающие попадание жидкости в центр обработки данных. Эти изменения сделали этот альтернативный вариант значительно более безопасным, но многие операторы по-прежнему нервничают. Такое отношение меняется, но это не единственное препятствие на пути к усыновлению.
Еще одной серьезной задачей является оснащение центров обработки данных с воздушным охлаждением жидкостным охлаждением. Координация между системами воздушного и жидкостного охлаждения имеет решающее значение для эффективности. Выполнение этой работы требует логистических сложностей и, как правило, значительных финансовых инвестиций.
Даже когда жидкостное охлаждение внедряется на новых объектах, оно создает эксплуатационные проблемы, которые могут привести к скрытым затратам. По сравнению с воздушным охлаждением системы жидкостного охлаждения требуют дополнительных работ по установке. Например, операторам приходится настраивать системы распределения жидкости и соединения в дополнение к обычным электрическим соединениям, что является непростой задачей.
Однако эти проблемы не являются непреодолимыми, и у операторов есть несколько вариантов их преодоления.
Способы сохранить прохладу с помощью жидкости
Не существует универсального решения для охлаждения дата-центра с помощью жидкости. В основном есть два метода.
Самый распространенный метод — непосредственное охлаждение кристалла или гибридное охлаждение — предполагает прохождение охлаждающей жидкости, например на водной основе, через охлаждающую пластину, которая находится в прямом физическом контакте с критически важными компонентами ИТ-оборудования, для повышения эффективности и результативности. Это позволяет памяти ЦП и графического процессора работать быстрее и эффективнее при более низких температурах, что приводит к повышению энергоэффективности — увеличению вычислительной мощности на ватт. Следует отметить, что не все тепло от IT-компонентов поглощается, а только от компонентов с охлаждающими пластинами. Обычно 10-20% тепла все еще необходимо рассеивать через воздух. Поскольку плотность мощности увеличивается, это тепло все еще может представлять собой охлаждающую нагрузку в несколько кВт для воздушных систем.
Другой метод – иммерсионное охлаждение. Это предполагает погружение ИТ-оборудования в диэлектрическую жидкость, в результате чего все компоненты вступают в контакт с жидкостью, которая рассеивает тепло. Подобно воздушному охлаждению, конструкция системы должна обеспечивать достаточный поток жидкости рядом с электроникой. Поскольку ИТ-оборудование погружено в охлаждающую жидкость, рассеивание тепла в окружающий воздух, вероятно, будет меньшим. Однако совместимость материалов может стать проблемой: деградация, вызванная взаимодействием охлаждающей жидкости с электроникой (например, с изоляцией), может сократить срок службы оборудования. Кроме того, эффективность систем погружного охлаждения, основанных на плавучих потоках, может снизиться по мере увеличения удельной мощности центра обработки данных.
Оба метода могут использовать однофазный или двухфазный подход к охлаждению. Двухфазный метод предполагает выбор жидкости, которая достигает точки кипения при рабочих температурах и давлениях, для использования скрытой теплоты парообразования. Это открывает большой потенциал для приложений с высокой плотностью размещения, но порождает дополнительные проблемы, включая потенциал глобального потепления и открытые системы.
Учитывая эти возможности, выбор правильного решения для объекта может оказаться сложным решением. Именно здесь цифровые двойники – виртуальные копии центров обработки данных – могут помочь операторам принять обоснованное решение.
Выбор подходящего жидкого раствора
Цифровые двойники дают четкое представление о вещах, которые операторы центров обработки данных обычно не могут легко увидеть или измерить, включая эффективность охлаждения.
Эта технология позволяет операторам оценить потенциальные преимущества и недостатки различных методов жидкостного охлаждения перед внесением физических изменений. Цифровые двойники также могут использоваться операторами для тестирования различных сценариев, например, для анализа того, как и где можно внедрить жидкостное охлаждение в центр обработки данных с воздушным охлаждением. Результатом является индивидуальное решение, отвечающее конкретным требованиям тепловой нагрузки.
После установки жидкостного охлаждения цифровые двойники также помогают определить области, которые можно постоянно улучшать. Принимая во внимание новые аппаратные изменения или увеличение плотности серверов, технология может оценить потенциальное влияние на систему охлаждения. Такой упреждающий подход предотвращает перегрузку существующей инфраструктуры охлаждения, что может привести к снижению отказоустойчивости, замедлению работы ИТ-инфраструктуры и потере мощности.
Следующий шаг к лучшему будущему
Жидкостное охлаждение больше не тренд, а необходимость для современных центров обработки данных. Хотя подводные центры обработки данных когда-то обещали «бесплатное» охлаждение, логистические реалии снизили их привлекательность. Однако традиционное жидкостное охлаждение центров обработки данных предлагает многообещающую альтернативу. Цифровые двойники позволяют предприятиям реализовать преимущества жидкостного охлаждения, такие как снижение воздействия на окружающую среду и энергопотребление, а также обрести уверенность в переходе на стратегию жидкостного охлаждения.
Мы представили лучший экологически чистый веб-хостинг.
Эта статья была создана в рамках канала Expert Insights от TechRadarPro, где мы рассказываем о лучших и ярких умах в области технологий сегодня. Мнения, выраженные здесь, принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения TechRadarPro или Future plc. Если вы заинтересованы в участии, узнайте больше здесь:
