Liquid cooling-teknologi - en ny måde at spare energi og reducere forbruget til datacentre

I en tid med digital økonomi og tingenes internet kræver beregning og behandling af massive data en kontinuerlig udvidelse af datacentres infrastrukturskala, hvilket også medfører problemet med en kraftig stigning i energiforbruget. Ifølge "Research Report on the Development of Chinas" New Infrastructure " vil globale datacentre i 2025 tegne sig for den største andel af det globale energiforbrug, op til 33%. I Kina har de nationale datacentres strømforbrug været stigende med over 12 % i otte på hinanden følgende år, og andelen af ​​elforbruget i samfundet vil fortsætte med at stige i fremtiden.

 

 

Energiforbruget i datacentre kommer hovedsageligt fra to aspekter: strømforbruget på selve serverne og den køleeffekt, der kræves til serverkøling. Med forbedringen af ​​computerkraften i datacentre er den største investering for nybyggede datacentre ikke selve bygningen, men udstyrsomkostningerne for at sikre strømforsyningen og omkostningerne til nedkøling af datacentret. Ifølge statistikker står kølesystemet i datacentre for omkring 40 % af hele datacentrets energiforbrug.

 

 

Væskekøleteknologi refererer til brugen af ​​væske som et varmeoverførselsmedium til at udveksle varme til opvarmningskomponenter og tage varme væk, snarere end indirekte afkøling gennem luft som luftkøling. Væske har en bedre termisk konduktivitetseffekt, 25 gange luftens, og en hurtigere og bedre temperaturoverførselseffekt. I mellemtiden, på grund af væskers store specifikke varmekapacitet, ændres deres temperatur ikke væsentligt efter at have absorberet en stor mængde varme, hvilket stabiliserer CPU-temperaturen. Væskekøleteknologi kan opdeles i tre typer: spraytype, nedsænkningstype og koldpladetype.

 

 

Spray type væskekøling:

Opbevar væske og åbne huller på toppen af ​​chassiset, så kølevæsken kan sprøjte på varmeelementet i henhold til dets position og varmegenereringsstørrelse, for at opnå formålet med udstyrskøling. Den sprøjtede væske kommer i direkte kontakt med den afkølede enhed, hvilket resulterer i høj køleeffektivitet; Men under sprøjteprocessen vil væsken opleve afdrift og fordampning, når den støder på genstande med høj temperatur. Der udsendes tågedråber og gasser langs hullerne i chassisets huller til ydersiden af ​​chassiset, hvilket forårsager et fald i renligheden af ​​computerrumsmiljøet eller påvirker andet udstyr.

 

 

Nedsænkningstype væskekøling:

Elektroniske komponenter nedsænkes direkte i en dielektrisk væske, som placeres i en forseglet, men let tilgængelig beholder, og varme overføres fra de elektroniske komponenter til væsken. Normalt bruges en cirkulationspumpe til at lede den opvarmede elektroniske fluoropløsning til en varmeveksler, hvor den afkøles og cirkulerer tilbage i beholderen. Nedsænkningstype kan opdeles i to typer: enfaset og tofaset. Ved enfaset nedsænkningsvæskekøling forbliver den elektroniske fluorvæske i flydende tilstand; Ved tofaset nedsænkningsvæskekøling forbedrer koge- og kondensationsprocessen af ​​elektronisk fluoreringsvæske eksponentielt væskens varmeoverførselseffektivitet.

 

 

Koldplade væskekøling:

Direkte afkøling af chippen ved at cirkulere flydende medium gennem en pumpe gennem en kold plade samlet til elektroniske komponenter til varmeafledning. Væsker kommer ikke i direkte kontakt med elektroniske enheder. Selvom ikke-dielektriske væsker (såsom vand/ethylenglycol) almindeligvis anvendes til direkte chipkøling, kan dielektriske elektroniske fluorerende væsker også bruges til direkte chipapplikationer, hvilket reducerer lækagerelaterede risici og forbedrer hardware/it-udstyrets pålidelighed. Enkeltfasede og tofasede teknologier kan bruges til at opnå direkte spånkøling.

 

 

På nuværende tidspunkt er væskekølingsteknologi blevet anvendt og valideret i nogle indenlandske og udenlandske datacentre. For eksempel:
Alibaba Cloud: I 2018 lancerede Alibaba Cloud verdens første supercomputing-klynge baseret på immersive væskekølingsteknologi - X-Dragon Super Computing Cluster. Denne klynge anvender en tofaset nedsænkningsvæskekøleløsning, der fuldstændigt nedsænker servere i fluoropløsning og opnår effektiv varmeafledning gennem kogning og kondensering af fluoropløsning. Ifølge Alibaba Cloud kan denne klynge reducere serverens strømforbrug med 50 %, forbedre køleeffektiviteten med 80 % og spare datacenterplads og vedligeholdelsesomkostninger.

 

 

Tencent Cloud byggede verdens første datacenter baseret på sprayvæskekøleteknologi, Guiyang T3 Data Center, i Guizhou i 2019. Datacentret anvender et sprayvæskekølesystem, som sprøjter fluoridopløsning i en forstøvet form over serveren og opnår varmeafledning gennem varmeveksling mellem fluoropløsningen og luft. Ifølge Tencent Cloud kan datacentret reducere PUE til under 1,2, spare 30 % af computerrummets plads og forbedre serverens ydeevne og pålidelighed.

 

 

Microsoft sænkede Project Natick, et datacenter baseret på nedsænket væskekølingsteknologi, under havet i Skotland i 2020. Datacentret anvender en enfaset nedsænket væskekølingsplan, der fuldstændigt nedsænker serveren i en nitrogenfyldt trykbeholder og bruger havvand til varmeafledning. Ifølge Microsoft er datacentret i stand til at opnå selvforsynende energiforsyning og har højere pålidelighed og sikkerhed.

 

 

Med den kontinuerlige udvidelse af datacenterskalaen, stigende computertæthed, stigende energiomkostninger og stigende miljøkrav, er traditionel luftkølingsteknologi ikke længere i stand til at opfylde datacentres udviklingsbehov. Væskekølingsteknologi har på den anden side åbenlyse fordele såsom energibesparelse og forbrugsreduktion, miljøtilpasningsevne, fleksibelt design, spildvarmeudnyttelse og miljøvenlighed, hvilket gør det til den fremtidige udviklingsretning for datacenterkøleteknologi.