Что такое погружное охлаждение майнинг ферм и серверов

3 месяца назад

Для того чтобы снизить расходы на охлаждение серверов и для уменьшения вредного влияния выбросов в окружающую среду, компанией 3М был разработан действительно революционный способ, как охладить дата-центры. Так появились технические жидкости для того, чтобы производить иммерсионное охлаждение в однофазных и двухфазных системах.

После того, как такой метод был внедрен, появилась возможность уменьшить энергозатраты на 97% (!) и при этом сократить на порядок площади серверных помещений, а также поддерживать оптимальную рабочую температуру процессоров.

С учетом того, что глобальная сеть постоянно расширяется, одновременно растет искусственный интеллект, развиваются облачные сервисы, как и высокопроизводительные вычислительные системы. В результате произошли кардинальные изменения в работе дата-центров (ЦОД) и в самом качестве жизни. Однако у всего есть своя цена.

В настоящее время дата-центрам для работы необходимо огромное количество электроэнергии. В качестве примера скажем, что в США такое потребление составляет до двух процентов от всего объема энергии, которую потребляет страна.

ВАЖНО! Энергия, которую затрачивает подсистема охлаждения, составляет минимум 2-6% и максимум 60-70% от общего количества энергии ЦОДа. В сутки один дата-центр нуждается в таком же количестве электроэнергии, в каком нуждается городок, где проживает 9 тысяч населения.

При этом львиная доля электричества затрачивается для того, чтобы охлаждать устройства и вентиляторы. Вот почему проблема эффективности отвода тепла в современном ЦОДе предполагает, что будет построена максимально эффективная система, способная отводить тепло от массива серверов.

Что называют иммерсионным охлаждением

Теплоотвод путем иммерсионного охлаждения осуществляется, если печатные платы погружаются в непроводящую диэлектрическую жидкость.

Комплектующие выделяют тепло. Оно эффективно передается данной жидкости. Тем самым устраняется необходимость использовать активные компоненты охлаждения. В данном случае речь идет о радиаторах, вентиляторах, термоинтерфейсах.

При таком теплоотводе становится больше эффективность энергоресурсов, которые затрачиваются. Также уплотняется размещение серверов в стойках. А тепло, которое было «собрано», пригодится для того, чтобы применить его для других инноваций.

Погружным (иммерсионным) охлаждением нужно называть такую технологию охлаждения, когда майнинг фермы или какое-то иное вычислительное оборудование осуществляет погружение в диэлектрическую жидкость Novec.

Если это двухфазовая система охлаждения, то закипание жидкости Novec происходит при температуре, которая комфортна для оборудования. Скажем, 61°C. Так она отводит тепло от оборудования. Такая пассивная система предоставляет возможность:

- Уменьшить расход электроэнергии системой охлаждения на 95%.
- Поднять производительность вычислительного оборудования и при этом сохранить стабильную температуру.
- Располагать майнинговое или прочее вычислительное оборудование более компактно (до 250 кВт на стойку).
- Уменьшить шум в помещении.
- Избавить вычислительное оборудование от попадания грязи и пыли.
- Сократить количество частей, которые движутся.
- Сделать проще обслуживание системы.

ВАЖНО! В 1950-е годы компанией 3М была произведена первая фторсодержащая охлаждающая жидкость для военной авионики (Fluorinert).

А расцвет материалов для прямого контактного охлаждения пришелся на 1970-1980-е годы. Это позволило продолжить развитие радарной техники, силовой электроники и суперкомпьютеров. В 1996 году силами специалистов 3М был разработан новый тип жидкости, позволяющий заменить озоноразрушающие вещества (такие, как CFC, HFC). Это жидкость под торговой маркой Novec.

Что такое жидкость 3M Novec 7100

В 2014 году компания 3М стала обладателем бронзовой медали Эдисона. Как известно, эту награду вручает институт инженеров электротехники и электроники IEEE. Медаль вручена за разработку технологии двухфазного охлаждения с использованием жидкостей Novec.

Специализированный реагент 3M Novec 7100, или метокси-нонафторбутан (methoxy nonafluorobutane, C4F9OCH3), – это прозрачная жидкость без цвета, имеющая слабый запах. Ее применяют как заменитель озоноразрушающих веществ (ozone-depleting substance; ODS), а также химических соединений, у которых высокий потенциал глобального потепления (global warming potential; GWP) во многих сферах использования.

Жидкость запатентована. У нее нулевой озоноразрушающий потенциал. У нее также другие великолепные экологические свойства. У нее один из лучших токсикологических профилей, которые есть у заменителей фреонов (CFC).

Поскольку у 3M Novec 7100 низкое поверхностное натяжение жидкости и высокая температура кипения, то она становится идеальным средством для того, чтобы применять его в установках парового обезжиривания. Ведь это отличный неразбавленный, то есть чистый, азеотропный компонент или очиститель, полученный с применением сорастворителей.

Так как это вещество устойчиво к химическому и термическому воздействию, не горит, а также обладает низкой токсичностью, то это предоставляет возможность применять его во многих других сферах.

ВАЖНО! Такая прозрачная жидкость без цвета сгодится и для систем, которые очищают и охлаждают электронику. У жидкости точка кипения – 61 градус. Она нашла широкое применение в иммерсионном охлаждении вычислительного оборудования, майнинговых ферм и серверов дата-центров, суперкомпьютеров.

Жидкость 3M Novec 7100 – это замечательный диэлектриком. Она совместима с очень многими материалами, среди которых, например, пластик, металл. Наиболее эффективна жидкость в двухфазных системах охлаждения, у которых две фазы, и которые основаны на фазовом переходе.

У технических жидкостей Novec есть неоспоримые преимущества, например, перед минеральным маслом и прочими диэлектрическими жидкостями. Отметим, что жидкости 3М не воспламеняются и не взрываются. Кроме этого, у них необходимая точка кипения. Они термостабильны для того, чтобы построить двухфазную систему охлаждения.

ВАЖНО! Обычно обслуживание и ремонт оборудования не связано ни с какими проблемами, поскольку платы, которые погружены в жидкость, сухие и чистые. Сухие, несмотря на то, что они якобы погружаются в «жидкость». Не будем забывать о том, что масло вызывает множество проблем, которые связаны с очисткой охлаждаемой аппаратуры и помещений, в которых оно размещено, если вдруг произойдет протечка.

Преимущества погружного охлаждения

Воздушное охлаждение электроники являются основным методом. Оно пока преобладает. Но и жидкостное охлаждение распространено тоже.

Погружное охлаждение, когда применяются инженерные жидкости Novec, предоставляет возможность получить снижение стоимости владения майнинг фермы или дата-центра. Когда теплоноситель контактирует с оборудованием, то повышается эффективность и экономичность всей системы, начиная со строительства, дизайна и заканчивая обслуживанием и эксплуатацией.

1. Сокращайте энергоемкость системы охлаждения на 97%.

Счет за электричество убедительно доказывает преимущества технологии, снижающей энергопотребление и львиную долю затрат.

2. Используйте в 10 раз меньше места, которое необходимо для того, чтобы размещать майнинг фермы или дата-центр.

Если повысить эффективность отвода тепла, то можно разместить оборудование более плотно. Это иногда в 10 раз больше вычислительных мощностей на необходимой площади. Так можно расширить возможности, когда необходимо выбрать помещение для вашей фермы или дата-центра.

3. Одновременно оптимизируйте и увеличивайте эффективность.

Более высокая эффективность охлаждения позволяет получить существенный рост производительности вычислительного оборудования. Она больше, чем у системы, которая охлаждается воздухом. В частности, вычислительную мощность хэшплат можно поднять до 1,3-1,5 раза.

4. Добивайтесь снижения рисков выхода оборудования из строя.

Если охлаждение погружное, то в оборудование не попадет загрязнения из воздуха. Оно также делает проще дизайн системы и при этом требует меньше частей, которые движутся. То есть оборудование сможет функционировать на полную мощность. Оно не будет простаивать. Поломок не будет.

ВАЖНО! Погружное охлаждение ведет к повышению эффективности работы вычислительного оборудования. Мировая практика создавать и эксплуатировать дата-центры и майнинг фермы с применением технологии 3М это подтверждает.

В чем преимущество двухфазового погружного охлаждения перед воздушным?

Эффективное воздушное охлаждение предполагает, что компоненты вычислительного оборудования будут расположены удаленно друг от друга. Так можно добиться того, что очень много воздуха будет проходить между ними.

Если компоненты расположены удаленно, то в результате использование площадей будет неэффективным. Более того, снаружи будут поступать потоки воздуха, которые, конечно, принесут к оборудованию не только жару и холод, но и влагу, песок, пыль.

Если снижать воздействие данных факторов, то это приведет к тому, что будут повышены операционные расходы. Ведь понадобятся сменные фильтры, осушители, нагреватели и чилеры.

Три способа, обеспечивающие охлаждение дата-центра

- ДВУХФАЗОВОЕ ПОГРУЖНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Двухфазовое погружное охлаждение – это возможность получить самую высокую эффективность теплоотвода. Ведь теплота парообразования жидкости Novec очень высокая. Подход простой, но эффективный. Он предоставляет возможность почти полностью отказаться от тех частей системы охлаждения, которые движимы.

Электронные компоненты погружены в диэлектрическую жидкость внутри герметичной емкости с крышкой. Жидкость нагревается от электронного оборудования, закипает, а потом превращается в пар, поднимается к верхней части емкости.

Пар превращается в конденсат, как только он соприкасается с внешним охлаждающим контуром. А потом капля за каплей падает в нижнюю часть емкости. Потом цикл полностью повторяется. Поскольку жидкость контактирует с электронными компонентами, то ее теплоемкость сравнивается с теплоемкостью кипящей воды.

- ОДНОФАЗОВОЕ ПОГРУЖНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Если взять систему однофазового погружного охлаждения, то у жидкости более высокая температура кипения. И она остается в жидкой фазе до тех пор, пока длится весь цикл охлаждения.

Электронные компоненты погружены в диэлектрическую жидкость внутри герметичной емкости с крышкой. Тепло от электронного оборудования передается жидкости.

ВАЖНО! Обычно насосы берут на себя нагрузку для того, чтобы переместить нагретую жидкость к теплообменнику. Там она охлаждается и возвращается и обратно к электронному оборудованию. В данном случае можно также применить жидкость 3M Fluorinert.

- НЕПРЯМОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ: АЛЬТЕРНАТИВА ПОГРУЖНОМУ ОХЛАЖДЕНИЮ

Инженерные жидкости Novec обладают уникальными свойствами. С их помощью можно избавиться от многих проблем в сфере термоменеджмента.

В частности, непрямое охлаждение водой очень трудно использовать для многих процессоров. Существует большой риск того, что оборудование выйдет из строя. Ведь возможны протечки и неравномерное охлаждение.

ВАЖНО! У инженерных жидкостей Novec немало преимуществ перед непрямым водяным охлаждением. В том числе одинаковая температура на процессорах.

Эффективность теплопередачи можно сопоставить с эффективностью систем, основанных на воде, или она выше в двухфазовом режиме. Диэлектрические свойства жидкости таковы, что нет никакого риска повредить оборудование из-за протечки. Каждый процессор на плате охлаждается до одной и той же температуры. Количество узлов не имеет значения.

Оставьте комментарий

Попробуйте наше приложение