Microsoft недавно окончила проект подводного дата-центра, решив сосредоточиться на возможностях жидкостного охлаждения на суше. Главное преимущество такого подхода – использование жидкости для охлаждения – действительно имеет смысл для применения в дата-центрах. Жидкостное охлаждение представляет собой мощную альтернативу традиционным методам охлаждения с использованием воздуха.
Этот метод может повысить энергоэффективность, снизить эксплуатационные расходы и позволить объектам использовать излишки тепла. Эти преимущества становятся особенно важными на фоне растущих требований, увеличивающихся затрат на энергию и экологических регуляторных ограничений (ESG).
Таким образом, применение жидкостного охлаждения на суше позволяет дата-центрам пользоваться его преимуществами без необходимости сталкиваться с логистическими трудностями подводного размещения. Для полного извлечения всех выгод операторам нужно хорошо понимать концепцию жидкостного охлаждения, включая его трудности, и использовать полезные инструменты, такие как цифровые двойники.
Преимущества жидкостного охлаждения
Дата-центры работают с мощными компонентами, такими как центральные процессоры (CPU) и графические процессоры (GPU). Их охлаждение имеет ключевое значение для оптимальной производительности. Традиционное воздушное охлаждение может справляться с этим хуже по мере роста тепловыделения и плотности серверных стоек. Здесь жидкостное охлаждение показывает свою эффективность.
Жидкость обладает большей теплоемкостью по сравнению с воздухом (например, вода в 4,2 раза выше по теплоемкости на килограмм). Также, благодаря плотности, она может переносить примерно в 3,500 раз больше энергии на единицу объема. Это значит, что небольшие объемы жидкости могут быть подведены в непосредственную близость к CPU, GPU и другим компонентам для эффективного отвода тепла.
Такой способ отвода тепла имеет несколько преимуществ:
- Увеличение плотности мощности чипов
- Повышение температуры жидкости в контуре охлаждения, что создает потенциал для более эффективного использования «свободного» охлаждения
- Повышение температуры возврата, что увеличивает потенциал для утилизации тепла
- Снижение энергопотребления – для отвода одной и той же мощности требуется меньше энергии на перекачку жидкости по сравнению с вентиляторами для воздушного охлаждения
- Более стабильная работа CPU и GPU при оптимальных температурах, что предотвращает перегрев и возможные замедления в работе
Основной причиной перехода на жидкостное охлаждение является то, что высокоплотные серверные стойки, высокие вычислительные нагрузки и возрастающая плотность мощности превышают возможности воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение справляется с тепловыми нагрузками до примерно 20 кВт на стойку. Однако при мощности выше 20-25 кВт комбинация прямого жидкостного и точного воздушного охлаждения становится более эффективной и экономически выгодной.
Применение жидкостного охлаждения позволяет обеспечивать оптимальную работу оборудования и способствует устойчивому развитию. Однако, как и любое новшество, этот метод имеет свои недостатки.
Операционные вызовы
Исторически, жидкостное охлаждение было связано с потенциальными электрическими рисками. Хотя риск был относительно низким, восприятие и практические вопросы препятствовали его широкому распространению. Современные решения снизили эти риски благодаря инновациям, таким как соединители без капель и системы отрицательного давления, предотвращающие утечки жидкости. Однако операторы все еще могут испытывать опасения. Это отношение меняется, но оно не является единственным препятствием для распространения технологии.
Еще одна проблема – интеграция жидкостного охлаждения в существующие системы воздушного охлаждения. Координация между воздушными и жидкостными системами важна для эффективности. Это требует управления логистическими сложностями и значительных финансовых вложений.
Даже при установке в новых объектах жидкостное охлаждение создает эксплуатационные вызовы, которые могут привести к скрытым затратам. По сравнению с воздушным охлаждением, жидкостные системы требуют дополнительных усилий при установке, включая создание систем распределения жидкости и соединений, что не является простой задачей.
Тем не менее, эти трудности преодолимы, и операторы могут использовать различные методы для их преодоления.
Методы жидкостного охлаждения
Существует два основных метода охлаждения жидкостью.
Наиболее распространенный метод, «прямое кристаллическое» или гибридное охлаждение, использует охлаждающую жидкость, циркулирующую через холодную пластину, находящуюся в прямом контакте с ключевыми компонентами оборудования. Это позволяет CPU и GPU работать быстрее и эффективнее при более низких температурах, повышая энергоэффективность. Однако этот метод не улавливает все тепло от IT-компонентов, только от тех, которые имеют контакт с холодными пластинами. Обычно 10-20% тепла все еще необходимо улавливать воздухом, что может создавать дополнительную нагрузку на системы воздушного охлаждения.
Другой метод – иммерсионное охлаждение. В этом случае оборудование погружается в диэлектрическую жидкость, что позволяет всем компонентам контактировать с жидкостью и отводить тепло. Однако, совместимость материалов может стать проблемой — взаимодействие охлаждающей жидкости с электроникой может сокращать срок службы оборудования.
Оба метода могут использовать однофазное и двухфазное охлаждение. Двухфазное охлаждение предполагает использование жидкости, которая будет кипеть при рабочих температурах и давлении, что позволяет использовать скрытую теплоту испарения. Однако это вызывает дополнительные сложности, включая высокий потенциал глобального потепления.
Выбор подходящего метода охлаждения может быть сложной задачей. В этом могут помочь цифровые двойники, позволяющие операторам принимать обоснованные решения.
Выбор подходящего решения
Цифровые двойники предоставляют ясное представление о том, что обычно трудно увидеть или измерить в реальных условиях, включая эффективность охлаждения.
С помощью этой технологии операторы могут оценивать потенциальные преимущества и недостатки различных методов жидкостного охлаждения перед внесением физических изменений. Это позволяет создавать решения, удовлетворяющие специфическим требованиям к тепловым нагрузкам.
После установки системы жидкостного охлаждения цифровые двойники помогают выявлять области для продолжения улучшений. Это предотвращает перегрузку существующей системы охлаждения, что может привести к снижению устойчивости и потере производительности.
Следующий шаг к лучшему будущему
Жидкостное охлаждение перестало быть трендом и стало неотъемлемой частью современных дата-центров. Несмотря на то, что подводные дата-центры казались привлекательным решением, реальные логистические сложности снизили их привлекательность. Традиционное жидкостное охлаждение в дата-центрах теперь является вносом в будущее, снижая воздействие на окружающую среду и потребление энергии, помогая обеспечить уверенность в переходе на стратегию жидкостного охлаждения.
Источник: TechRadar
