In der Rechenzentrumswelt ist eine der größten Herausforderungen – und eine der größten Möglichkeiten – Hitze. Wann Server Komponenten arbeiten, die gesamte elektrische Energie, die sie verbrauchen, wird letztendlich in Wärme umgewandelt, was dann entfernt werden muss. Traditionell haben sich Organisationen auf die Luftkühlung verlassen, wobei in der Regel Ventilatoren mit dieser Wärme verwaltet werden. Laut Quellen verwenden 80% der Rechenzentren immer noch hauptsächlich Luftkühlung, um die Wärme von Serverkomponenten zu entfernen.
Die Luftkühlung ist jedoch sowohl ineffizient als auch energieintensiv. Laut einer kürzlich durchgeführten McKinsey-Studie kann die Luftkühlung 40% des gesamten Energieverbrauchs im Rechenzentrum ausmachen. Es ist also keine Überraschung, dass 40% der Rechenzentrum-Betreiber alternative Kühlmethoden untersuchen, um um umweltfreundliche, kostengünstige Optionen zu suchen, um nachhaltige Datensätze zu unterstützen.
Auf fundamentaler Ebene ist dieser Ansatz sinnvoll. Wie jeder, der einen Drachen geflogen ist, weiß, kann es schwierig sein, Luft zu lenken und zu verwalten. Flüssigkeit ist viel einfacher zu kontrollieren – wie jeder, der eine Wasserpistole gespritzt hat (oder am Empfangsende eines war), auch wissen wird.
Die Fluidkühlungstechniken ändern sich jedoch, insbesondere wenn wir Serverlasten begegnen, die tendenziell energieintensiver sind und infolgedessen heißer werden.
Forschungs- und Entwicklungsingenieur, Ovhcloud.
Was ist Direktkühl (Direct-to-Chip)?
DTC ist die häufigste Form der Wasserkühlung und wird seit Jahrzehnten von Rechenzentren und Spielern verwendet. Auf den Prozessoren (CPU oder GPU) befindet sich eine Metallplatte mit einem leitenden Material zwischen den beiden – normalerweise einem thermischen Grenzflächenmaterial (TIM). Die Platte verwendet dann Flüssigkeit in Rohren, um die Wärme vom Chip weg zu bewegen, und einen Dissipationsmechanismus, um die Wärme zu zerstreuen.
Dieser Dissipationsmechanismus kann so einfach wie ein einzelner Lüfter sein, obwohl in industriellen Umgebungen trockene Kühler mit Verdunstungskühlmechanismen tendieren. Trockenkühler sind Einheiten, die außerhalb des Rechenzentrums sitzen. Sie verfügen über kühlerähnliche, floßen Wärmetauscher, durch die die erhitzte Flüssigkeit zirkuliert wird. Die Lüfter an der Außenseite der Einheiten ziehen kühle Luft hinein und geben sie um die Flossen hin und kühlen die Flüssigkeit ab. Diese Flüssigkeit wird dann wieder in das System eingespeist und der Vorgang wird wiederholt.
In wärmeren Monaten – oder Orten – wird neben trockenen Kühlern eine Verdunstungskühlung verwendet. Heiße Luft wird durch nasse Pads gezogen, Wasser verdunstet und die Luft abkühlt. Diese Luft wird dann verwendet, um die Flüssigkeit durch die Trockenkühler aus dem Rechenzentrum abzukühlen.
Diese Dissipationsmethoden können für die meisten Arten der Flüssigkühlung verwendet werden. DTC ist fokussierter als die Luftkühlung, vor allem, weil Flüssigkeit in Rohren leichter an bestimmte Komponenten als Luft lenken kann. Bei der Luftkühlung können Sie bei DTC, obwohl Sie Luftströme über die Lüfterorientierung leiten können, sehr präzise sein. Dank der Physik ist es auch effizienter, da Flüssigkeiten in der Regel eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Gase besitzen.
Aber selbst bei DTC ist in der Regel eine gewisse Luftkühlung erforderlich, da die Herausforderungen bei der Anpassung mehrerer Kaltplattenkonstruktionen für alle IT -Geräte, die Wärme erzeugen, aufnehmen können. GPUS und CPUs Erzeugen Sie den größten Teil der Hitze auf Servern, aber RAM und Festplatten werden auch heiß, sodass häufig einige Luftkühlung verwendet werden. Das Verhältnis von Luft zu Wasserkühlung liegt normalerweise in der Region von 30%/70%.
Die Kühlwelt bewegt sich jedoch ständig und es gibt eine andere Form der Kühlung, die alle Komponenten gleichzeitig abkühlen kann.
Eintauchkühlung
Bei der Immersionskühlung ist der gesamte Server in Flüssigkeit eingetaucht. Dies gibt mehrere Vorteile: Alle Komponenten können gleichzeitig abgekühlt werden und höhere Wärmebelastungen können behandelt werden. Da der gesamte Server in Flüssigkeit eingetaucht ist, kann Staub in das System nicht gelangen, was die Produktlebensdauer erheblich verbessert. Die Immersionskühlung ist jedoch viel komplexer als DTC und die Wartung ist ein besserer Prozess.
Es gibt zwei Formen der Immersionskühlung – einphasig und zwei Phase. Bei einer Phasenkühlung bleibt die Flüssigkeit während des gesamten Zyklus flüssig (dh sie hält ihre Phasen konstant). In der doppelten Phasenkühlung ist es nicht der Fall.
Einphasen -Eintauchkühlung
Bei der Einphasen-Eintauchkühlung tritt eine kühle Flüssigkeit in die Basis der Immersionseinheit ein, um den Server abzukühlen, während die erhitzten Flüssigkeitsblätter oben-und wie bei DTC wird ein trockener Kühler verwendet, um diese Flüssigkeit zu kühlen, nachdem sie durch einen Plattenwärmetauscher geleitet wird. Ein separates Kühlmittel in einer Schleife wird dann verwendet, um die Wärme abzuleiten.
Doppelphasen -Eintauchkühlung
In einem Dual -Phasen -Kühlsystem sind die Server in Flüssigkeit eingetaucht, aber die Flüssigkeit hat einen niedrigen Siedepunkt. Wenn sich die Serverkomponenten erwärmen, kocht die Flüssigkeit und wird an eine Kondensatoreinheit gerichtet, wobei das Gas (Dampf) abgekühlt und in eine Flüssigkeit umgestoßen wird. Die Flüssigkeit kann dann wieder in das System zurückfließen, das wiederverwendet werden soll.
Nicht nur die Kühlmittel in zweiphasigen Systemen sind im Allgemeinen teurer, die Wartung ist jedoch noch schwieriger, teilweise, weil die Flüssigkeit in die Flüssigkeit ausbricht Dampfwas viel schwerer zu verwalten ist als die Flüssigkeit in einem einphasigen System.
Wärmeverschwendung
Es gibt auch einen weiteren wichtigen Teil der Gleichung: Obwohl wir trockene Kühler und Verdunstungskühlung verwenden können, um die Abwärme loszuwerden, gibt es nicht etwas Besseres, das wir damit machen könnten?
Dies ist eine große Herausforderung für Rechenzentren, insbesondere für solche, die es schon seit einiger Zeit gibt. Viele Rechenzentren befinden sich in Industrieparks, weit entfernt von Bereichen, in denen Wärme leicht wiederverwendet werden kann. Wir alle haben gesehen, dass die Geschichten über Schwimmbäder mit der Wärme von Rechenzentren erhitzt wurden, aber dies ist nicht immer praktisch. Wasser muss physisch über Rohre an andere Standorte transportiert werden, und dann zum Erhitzen des anderen Wassers, was zu Energieverlusten führt, da kein Energieaustauschprozess vollständig effizient ist.
Darüber hinaus sind einige Rechenzentren Einschränkungen ausgesetzt, die ihre Fähigkeit behindern, die Wärmeverschwendung wiederzuverwenden. Zum Beispiel erreicht das erhitzte Wasser in einigen unserer Rechenzentren nur etwa 45 Grad. Sie können Ihre Hand sicher auf das „heiße“ Rohr legen. Dies bedeutet aber auch, dass die resultierende Wärme weniger nützlich ist – es würde eine beträchtliche Zeit dauern, um einen Schwimmbad mit einer Wärmequelle von 45 Grad zu erhitzen.
Es ist jedoch wichtig, weiter voranzukommen. In unseren deutschen Rechenzentren beispielsweise verwenden wir keine Gaskessel, um unser Büro zu heizen, stattdessen verwenden wir die Abwärme von den Rechenzentren, weil es sich in der Nähe befindet. Als Branche müssen wir diese Innovation weiter vorantreiben. Wenn neue Datacenter -Websites erstellt werden, sollten Unternehmen von Anfang an die Wärmeverwendung in Betracht ziehen.
In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Flüssigkühlungstechnologie erhebliche Fortschritte gemacht und ist nun in der Lage, in persönlichen und industriellen Umgebungen zunehmend hohe Strom- und Wärmebelastungen zu bewältigen. Obwohl wir uns noch in den frühen Stadien der Entwicklung der Immersionstechnologie befinden, ist es sehr vielversprechend für die Behandlung von Komponenten, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten. Wie bei allen Technologien ist es jedoch keine einheitliche Lösung, und wir werden mit ziemlicher Sicherheit eine Mischung aus DTC und Eintauchkühlung-ganz zu schweigen von ein wenig Luft-in den kommenden Nachwechseltates in den Bereichen DataCenter Estates sehen.
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