Nestejäähdytystekniikka – uusi tapa säästää energiaa ja vähentää kulutusta datakeskuksissa

Digitaalisen talouden ja esineiden internetin aikakaudella massiivisen datan laskeminen ja käsittely edellyttävät datakeskusten infrastruktuurin jatkuvaa laajentamista, mikä tuo mukanaan myös energiankulutuksen jyrkän kasvun ongelman. "Research Report on the Development of China" New Infrastructure" mukaan vuoteen 2025 mennessä globaalien datakeskusten osuus maailman energiankulutuksesta on suurin, jopa 33%. Kiinassa kansallisten datakeskusten virrankulutus on kasvanut. Kasvuvauhti on yli 12 % kahdeksana peräkkäisenä vuotena, ja sähkönkulutuksen osuus yhteiskunnassa jatkaa kasvuaan myös tulevaisuudessa.

 

 

Palvelinkeskusten energiankulutus tulee pääosin kahdesta näkökulmasta: itse palvelimien virrankulutuksesta ja palvelimien jäähdytykseen tarvittavasta jäähdytystehosta. Palvelinkeskusten laskentatehon parantuessa uusien konesalien suurin investointi ei ole itse rakennus, vaan laitekustannukset virransyötön varmistamiseksi ja konesalin jäähdytyskustannukset. Tilastojen mukaan konesalien jäähdytysjärjestelmän osuus koko konesalin energiankulutuksesta on noin 40 %.

 

 

Nestejäähdytystekniikka viittaa nesteen käyttöön lämmönsiirtoaineena lämmön vaihtamiseksi lämmityskomponentteihin ja lämmön poistamiseen sen sijaan, että se jäähdyttäisi epäsuorasti ilman kautta, kuten ilmajäähdytys. Nesteellä on parempi lämmönjohtavuusvaikutus, 25 kertaa ilmaan verrattuna, ja nopeampi ja parempi lämpötilansiirtovaikutus. Nesteiden suuresta ominaislämpökapasiteetista johtuen niiden lämpötila ei kuitenkaan muutu merkittävästi suuren lämpömäärän imemisen jälkeen, mikä stabiloi CPU:n lämpötilan. Nestejäähdytystekniikka voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: spraytyyppi, upotustyyppi ja kylmälevytyyppi.

 

 

Suihketyyppinen nestejäähdytys:

Varastoi rungon yläosaan nestettä ja avoimia reikiä, jotta jäähdytysnestettä voi suihkuttaa lämmityselementtiin sen sijainnin ja lämmöntuottokoon mukaan, mikä saavuttaa laitteiden jäähdytyksen tarkoituksen. Ruiskutettu neste joutuu suoraan kosketukseen jäähdytetyn laitteen kanssa, mikä johtaa korkeaan jäähdytystehokkuuteen; Ruiskutusprosessin aikana neste kuitenkin kulkeutuu ja haihtuu, kun se kohtaa korkean lämpötilan esineitä. Sumupisaroita ja kaasuja vapautuu rungon reikien rakoja pitkin kotelon ulkopuolelle, mikä heikentää tietokonehuoneen ympäristön puhtautta tai vaikuttaa muihin laitteisiin.

 

 

Upotustyyppinen nestejäähdytys:

Elektroniset komponentit upotetaan suoraan dielektriseen nesteeseen, joka laitetaan tiiviiseen, mutta helposti saavutettavaan astiaan, ja lämpö siirtyy elektronisista komponenteista nesteeseen. Yleensä kiertopumppua käytetään lämmitetyn elektronisen fluoridiliuoksen virtaamiseen lämmönvaihtimeen, jossa se jäähtyy ja kierrättää takaisin säiliöön. Upotustyyppi voidaan jakaa kahteen tyyppiin: yksivaiheinen ja kaksivaiheinen. Yksivaiheisessa upotusnestejäähdytyksessä elektroninen fluorineste pysyy nestemäisessä tilassa; Kaksivaiheisessa upotusnestejäähdytyksessä elektronisen fluorausnesteen kiehumis- ja kondensaatioprosessi parantaa eksponentiaalisesti nesteen lämmönsiirtotehokkuutta.

 

 

Kylmälevy nestejäähdytys:

Sirun suora jäähdytys kierrättämällä nestemäistä väliainetta pumpun läpi kylmälevyn läpi, joka on koottu elektronisiin komponentteihin lämmön haihduttamiseksi. Nesteet eivät joudu suoraan kosketukseen elektronisten laitteiden kanssa. Vaikka ei-dielektrisiä nesteitä (kuten vettä/etyleeniglykolia) käytetään yleisesti suorassa sirun jäähdytyksessä, dielektrisiä elektronisia fluorausnesteitä voidaan käyttää myös suoriin sirusovelluksiin, mikä vähentää vuotoon liittyviä riskejä ja parantaa laitteiston/IT-laitteiden luotettavuutta. Yksivaiheisia ja kaksivaiheisia teknologioita voidaan käyttää suoran lastujäähdytyksen aikaansaamiseen.

 

 

Tällä hetkellä nestejäähdytystekniikkaa on sovellettu ja validoitu joissakin kotimaisissa ja ulkomaisissa datakeskuksissa. Esimerkiksi:
Alibaba Cloud: Vuonna 2018 Alibaba Cloud lanseerasi maailman ensimmäisen supertietokoneklusterin, joka perustuu immersiiviseen nestejäähdytystekniikkaan – X-Dragon Super Computing Cluster. Tämä klusteri käyttää kaksivaiheista upotusnestejäähdytysratkaisua, joka upottaa palvelimet kokonaan fluoriliuokseen ja saavuttaa tehokkaan lämmön haihdutuksen fluoriliuoksen kiehumisen ja kondensaation avulla. Alibaba Cloudin mukaan tämä klusteri voi vähentää palvelimen virrankulutusta 50%, parantaa jäähdytystehokkuutta 80% ja säästää datakeskuksen tilaa ja ylläpitokustannuksia.

 

 

Tencent Cloud rakensi Guizhouhun vuonna 2019 maailman ensimmäisen ruiskutusnesteen jäähdytysteknologiaan perustuvan datakeskuksen, Guiyang T3 Data Centerin. Palvelinkeskuksessa on käytössä ruiskutusnesteen jäähdytysjärjestelmä, joka ruiskuttaa fluoridiliuosta sumutetussa muodossa palvelimen yläpuolelle ja saavuttaa lämmön haihtumisen. fluoridiliuoksen ja ilman välisen lämmönvaihdon kautta. Tencent Cloudin mukaan palvelinkeskus voi laskea PUE:n alle 1,2:n, säästää 30 % tietokonehuoneen tilasta ja parantaa palvelimen suorituskykyä ja luotettavuutta.

 

 

Microsoft upotti vedenalaiseen nestejäähdytystekniikkaan perustuvan palvelinkeskuksen Project Natickin meren alle Skotlannissa vuonna 2020. Palvelinkeskuksessa on käytössä yksivaiheinen upotusnestejäähdytysjärjestelmä, joka upottaa palvelimen kokonaan typellä täytettyyn paineastiaan ja käyttää merivettä lämmön hajoaminen. Microsoftin mukaan konesali pystyy saavuttamaan omavaraisen energiansaannin ja sen luotettavuus ja turvallisuus ovat korkeammat.

 

 

Palvelinkeskusten mittakaavan jatkuvan laajentumisen, laskentatiheyden, kasvavan energiakustannusten ja kasvavien ympäristövaatimusten myötä perinteinen ilmajäähdytystekniikka ei enää pysty vastaamaan datakeskusten kehitystarpeisiin. Nestejäähdytysteknologialla puolestaan ​​on ilmeisiä etuja, kuten energiansäästö ja kulutuksen vähentäminen, ympäristön mukautuvuus, joustava muotoilu, hukkalämmön hyödyntäminen ja ympäristöystävällisyys, mikä tekee siitä konesalien jäähdytystekniikan tulevaisuuden kehityssuunnan.