Termisk design af væskekøletavle
Med stigningen i internettet, cloud computing og big data-tjenester stiger det samlede energiforbrug i datacentre, og deres energieffektivitet får også mere og mere opmærksomhed. Ifølge datastatistikker er den gennemsnitlige Power Usage Efficiency (PUE) værdi for datacentre i Kina 1,49, hvilket er meget højere end kravet foreslået af National Development and Reform Commission for nye store datacentre til at være mindre end 1,25. Det haster med at reducere PUE. Hvordan kan producenter af netværksudstyr reducere energiforbruget markant og samtidig sikre høj ydeevne af chips? Kølesystemet, som en nøglefaktor, der påvirker både ydeevne og energiforbrug, er blevet et fokus for datacenterreformen, og væskekølingsteknologien erstatter på grund af dets unikke fordele gradvist traditionel luftkøling som den almindelige køleløsning.
Vi fandt, at det gennemsnitlige energiforbrug i datacentre er så højt som 33 %, hvilket er tæt på en tredjedel af datacentres samlede energiforbrug. Dette skyldes, at det traditionelle luftkølede kølesystem, der bruges i datacentre, bruger luft med meget lav specifik varmekapacitet som kølemediet, der drives af ventilatorer inde i udstyret til at overføre varme fra CPU og andre varmekilder til kølelegemer væk fra IT. udstyr, Genbrug af ventilatorkonvektor-varmevekslere eller aircondition-køling til at cirkulere luft til varmeafledning og afkøling er også en nødvendig begrænsning af luftkøling. Derfor er hvordan man løser kølesystemets energieffektivitet blevet en teknologisk gentagelsesudfordring, som udstyrsproducenter står over for i det nye politiske miljø.
Fra perspektivet af enhedens chip varmeafledningskrav. Med udviklingen af switch-chips, selvom højtydende chip-processer (såsom 5nm) effektivt kan reducere enhedens computerstrømforbrug, er det samlede strømforbrug for en enkelt chip steget til ca. 900W. Hvordan man løser varmeafledningsproblemet for enhedschippen er blevet et vanskeligt punkt i det overordnede hardwaredesign. Kølekapaciteten af det luftkølede system er ved at nå sin grænse. Selvom luftkølede køleplader kan løse de nuværende varmeafledningsproblemer med switches, vil de i sidste ende være utilstrækkelige, når 102,4/204,8 Tbps bliver mainstream, og chip-strømforbruget stiger i fremtiden. Derfor er der opstået mere effektiv væskekølingsteknologi til næste generation af it-udstyr. I de næste 5-10 år er det blevet en konsensus i branchen, at luftkølet køling i datacentre gradvist vil blive erstattet af væskekøling.
Den nuværende væskekølingsteknologi er hovedsageligt opdelt i enfaset væskekøling og tofaset væskekøling. Enkeltfaset væskekøling refererer til, at kølevæsken bibeholder sin flydende tilstand gennem hele den cirkulerende varmeafledningsproces og let fjerner varme gennem høj specifik varmekapacitet. Tofaset væskekøling refererer til faseændringen af kølevæsken under cirkulationsvarmeafledningsprocessen, hvor kølevæsken transporterer varmen fra udstyret væk gennem ekstrem høj forgasning latent varme. Sammenlignet med andre metoder har enfaset væskekøling lavere kompleksitet og er lettere at opnå, og dens varmeafledningskapacitet er tilstrækkelig til at understøtte it-udstyr i datacentre, hvilket gør det til det aktuelle balancevalg.
Enfaset væskekøling er opdelt i koldpladevæskekøling og nedsænkningsvæskekøling. Væskekøling med kold plade fikserer væskekølepladen på udstyrets hovedopvarmningsanordning, idet den er afhængig af, at væsken strømmer gennem den kolde plade for at bortføre varmen og opnå formålet med varmeafledning; Nedsænkningsvæskekøling er processen med direkte nedsænkning af hele maskinen i kølevæske, afhængig af den naturlige eller tvungne cirkulation af væsken for at fjerne den varme, der genereres ved driften af udstyr såsom servere.
Fordelene ved væskekøling med kold plade inkluderer: minimale ændringer af det overordnede computerrum, der kun kræver modifikationer af stativet, kølefordelingsenheder (CDU'er) og vandforsyningssystem. Ydermere kan koldplade-væskekøling bruge et bredere udvalg af typer kølevæske og kræver meget mindre end nedsænket køling, hvilket resulterer i lavere initiale investeringsomkostninger. Derudover er den kolde pladevæskekøleindustrikæde mere moden og mere acceptabel på markedet.
Fordelene ved nedsænkningsvæskekøling omfatter: (1) på grund af kølevæskens direkte kontakt med udstyret er varmeafledningsevnen stærkere, og risikoen for overophedning af enheden er lavere; (2) Nedsænkende væskekøleudstyr kræver ikke en ventilator, hvilket resulterer i færre vibrationer og længere levetid for hardwareudstyr; (3) Temperaturen af kølevandsforsyningen på siden af det nedsænkede væskekølemaskinerum er højere, og udendørssiden er lettere at aflede varme. Derfor er maskinrummets valg af sted ikke længere så begrænset af regionen og temperaturen som i den luftkølede æra.
Anvendelsen af væskekølingsteknologi i datacenterswitches løser ikke kun deres egne termiske problemer, men muliggør også ensartet implementering med væskekølingsservere, hvilket letter den ensartede konstruktion og drift af datacenterinfrastrukturen. Flydende køling understøtter udvekslingen af nye teknologier for at maksimere ydeevnen, udvikle flere gode datacenterprodukter og i fællesskab opbygge en grøn digital økonomi.
