Tehnologia de răcire cu lichid - o nouă modalitate de a economisi energie și de a reduce consumul pentru centrele de date
În epoca economiei digitale și a Internetului obiectelor, calcularea și procesarea datelor masive necesită extinderea continuă a scarii infrastructurii centrelor de date, ceea ce aduce și problema creșterii puternice a consumului de energie. Potrivit „Raportului de cercetare privind dezvoltarea „noii infrastructuri” a Chinei, până în 2025, centrele de date globale vor reprezenta cea mai mare pondere din consumul global de energie, până la 33%. În China, consumul de energie al centrelor de date naționale a fost în creștere cu o rată de peste 12% timp de opt ani consecutivi, iar proporția consumului de energie electrică în societate va continua să crească în viitor.
Consumul de energie al centrelor de date vine în principal din două aspecte: consumul de energie al serverelor în sine și puterea de răcire necesară pentru răcirea serverului. Odată cu îmbunătățirea puterii de calcul în centrele de date, cea mai mare investiție pentru centrele de date nou construite nu este clădirea în sine, ci costul echipamentului pentru asigurarea alimentării cu energie și costul răcirii centrului de date. Potrivit statisticilor, sistemul de refrigerare din centrele de date reprezintă aproximativ 40% din consumul de energie al întregului centru de date.
Tehnologia de răcire cu lichid se referă la utilizarea lichidului ca mediu de transfer de căldură pentru a schimba căldura cu componentele de încălzire și a elimina căldura, mai degrabă decât la răcirea indirectă prin aer, cum ar fi răcirea cu aer. Lichidul are un efect de conductivitate termică mai bun, de 25 de ori mai mare decât cel al aerului și un efect de transfer de temperatură mai rapid și mai bun. Între timp, datorită capacității mari de căldură specifică a lichidelor, temperatura acestora nu se modifică semnificativ după absorbția unei cantități mari de căldură, stabilizând astfel temperatura procesorului. Tehnologia de răcire cu lichid poate fi împărțită în trei tipuri: tip pulverizare, tip imersie și tip placă rece.
Răcire cu lichid de tip spray:
Depozitați lichid și deschideți găurile pe partea superioară a șasiului, permițând lichidului de răcire să pulverizeze pe elementul de încălzire în funcție de poziția acestuia și de mărimea generării de căldură, realizând scopul de răcire a echipamentului. Lichidul pulverizat intră în contact direct cu dispozitivul răcit, rezultând o eficiență ridicată de răcire; Cu toate acestea, în timpul procesului de pulverizare, lichidul va experimenta deriva și evaporare atunci când întâlnește obiecte la temperatură ridicată. Picăturile de ceață și gazele vor fi emise de-a lungul golurilor din orificiile șasiului spre exteriorul șasiului, provocând o scădere a curățeniei mediului din sala computerelor sau afectând alte echipamente.
Răcire cu lichid de tip imersie:
Componentele electronice sunt imersate direct într-un lichid dielectric, care este plasat într-un recipient sigilat, dar ușor accesibil, iar căldura este transferată de la componentele electronice în lichid. De obicei, o pompă de circulație este utilizată pentru a curge soluția electronică de fluor încălzită către un schimbător de căldură, unde se răcește și circulă înapoi în recipient. Tipul de imersie poate fi împărțit în două tipuri: monofazat și bifazat. În răcirea cu lichid de imersie monofazată, lichidul de fluor electronic rămâne în stare lichidă; În cazul răcirii cu lichid prin imersie în două faze, procesul de fierbere și condensare a lichidului electronic de fluorurare îmbunătățește exponențial eficiența transferului de căldură a lichidului.
Răcire cu lichid pe placă rece:
Răcirea directă a cipului prin circularea mediului lichid printr-o pompă printr-o placă rece asamblată în componente electronice pentru disiparea căldurii. Lichidele nu intră în contact direct cu dispozitivele electronice. Deși lichidele nedielectrice (cum ar fi apa/etilenglicolul) sunt utilizate în mod obișnuit pentru răcirea directă a cipului, lichidele electronice de fluorurare dielectrice pot fi utilizate și pentru aplicații directe cu cip, reducând riscurile legate de scurgeri și îmbunătățind fiabilitatea hardware-ului/a echipamentelor IT. Tehnologiile monofazate și bifazate pot fi utilizate pentru a obține răcirea directă a cipurilor.
În prezent, tehnologia de răcire cu lichid a fost aplicată și validată în unele centre de date interne și străine. De exemplu:
Alibaba Cloud: În 2018, Alibaba Cloud a lansat primul cluster de supercomputing din lume bazat pe tehnologia de răcire lichidă imersivă - X-Dragon Super Computing Cluster. Acest cluster adoptă o soluție de răcire lichidă cu imersie în două faze, scufundând complet serverele în soluție de fluor și obținând o disipare eficientă a căldurii prin fierbere și condensare a soluției de fluor. Potrivit Alibaba Cloud, acest cluster poate reduce consumul de energie al serverului cu 50%, poate îmbunătăți eficiența răcirii cu 80% și poate economisi spațiul centrului de date și costurile de întreținere.
Tencent Cloud a construit primul centru de date din lume bazat pe tehnologia de răcire cu lichid de pulverizare, Guiyang T3 Data Center, în Guizhou în 2019. Centrul de date adoptă o schemă de răcire cu lichid de pulverizare, care pulverizează soluție de fluor într-o formă atomizată deasupra serverului și realizează disiparea căldurii prin schimbul de căldură între soluția de fluor și aer. Potrivit Tencent Cloud, centrul de date poate reduce PUE la sub 1,2, poate economisi 30% din spațiul camerei de calculatoare și poate îmbunătăți performanța și fiabilitatea serverului.
Microsoft a scufundat Proiectul Natick, un centru de date bazat pe tehnologia de răcire cu lichid scufundat, sub mare în Scoția în 2020. Centrul de date adoptă o schemă de răcire cu lichid de imersie monofazată, scufundând complet serverul într-un vas sub presiune umplut cu azot și folosind apă de mare pentru disiparea căldurii. Potrivit Microsoft, centrul de date este capabil să realizeze o alimentare autonomă cu energie și are fiabilitate și securitate mai ridicate.
Odată cu extinderea continuă a scalei centrelor de date, creșterea densității de calcul, creșterea costurilor cu energie și creșterea cerințelor de mediu, tehnologia tradițională de răcire cu aer nu mai este capabilă să răspundă nevoilor de dezvoltare ale centrelor de date. Tehnologia de răcire cu lichid, pe de altă parte, are avantaje evidente, cum ar fi conservarea energiei și reducerea consumului, adaptabilitatea la mediu, designul flexibil, utilizarea căldurii reziduale și respectarea mediului, făcându-l în direcția viitoare de dezvoltare a tehnologiei de răcire a centrelor de date.
