Охолодження зануренням, сервери «під водою»: Immersion-2 для 3M™ Novec™ забезпечив чарівні результати, застосування на практиці в Гонконзі

Охолодження зануренням — иммерсионное охолодження. минулій статті присвяченій иммерсионному охолодження були розглянуті по суті переваги розміщення серверів в мінеральному маслі. Я глибоко помилявся, коли мені здавалося, що це найбільш ефективне рішення в глобальному плані. Ознайомившись з деякими іншими розробками я усвідомив, що ефективний сам базовий принцип — охолодження зануренням, а от все інше, як кажуть «depends on»…

Сьогодні я Вам хочу розповісти про порівняно новою двофазної системі охолодження Immersion-2, яка використовує всі переваги «сухої води» 3M™ Novec™ для досягнення істини чарівних результатів, перетворюючи недоліки в достоїнства!

Що таке 3M™ Novec™ повторюватися не будемо, про це вже писали в рунеті багато разів, і навіть на Хабре існує прекрасна стаття, а от як це можна застосовувати для охолодження серверів на практиці і чому «суха вода» виявляється ефективніше мінерального масла, рідинних систем охолодження електроніки в замкнутих контурах, розглянемо зараз.



Система охолодження електроніки в рідинах в замкнутих контурах існує і застосовується вже декілька десятиріч, наприклад у військовій та авіаційній сфері. Вона проблематична і дорога у виробництві та експлуатації, так як тиск може наростати з часом у замкнутих системах. Крім іншого, ці системи спрямовані на більш дрібні частини апаратних засобів з більш низькою щільністю потужності, що призводить до дублювання компонентів у використанні.

Приміром 20 материнських плат зажадають 20 закритих корпусів, 20 теплообмінників, 40 роз'ємів для циркуляції рідини (20 вхідних і 20 вихідних), 20 роз'ємів живлення, 20 пристроїв контролю і т. д. Всі ці компоненти буде дуже важко обслуговувати. У відкритому підході, завдяки 3M™ Novec™, застосовують одну иммерсионное охолоджуючу напіввідчинені лазню з 2-фазним охолодженням, де все обладнання може бути вміщено в один корпус.



Завдяки тому, що 3M™ Novec™ починає кипіти при атмосферному тиску вже при температурі 34°C, 49°C або 56°C (залежно від застосовуваного типу розрізняється температура кипіння) відбувається його фазовий перехід з рідкого стану в газоподібний. Це властивість можна застосувати для охолодження обладнання без застосування гідравлічних помп, як у випадку охолодження мінеральним маслом, так як немає необхідності в перекачування рідини всередині резервуара, 3M™ Novec™ кипить і перемішується, видаляє зайве тепло завдяки фізичним процесів випаровування і конденсації, двох фазових переходів, завдяки чому конструкція системи значно спрощується.

Для кращого розуміння наведу етапи 2-х фазного иммерсионного охолодження:







Подібно иммерсионному охолодженню, «запечатані сервери» застосовують однофазний процес охолодження. Це набагато менш ефективно в порівнянні з 2-х фазною системою (коефіцієнт теплопередачі значно вище) і вимагає більшої кількості компонентів. Висока щільність, наприклад, у пасивних 2-фазних системах, просто не можлива, тому процес перемішування чудово проходить без застосування насосів. Технічно запечатані сервери використовують діелектричну рідину, таку як мінеральне масло або флюїд схожий на рідина, що використовується в пасивному 2-фазному иммерсионном охолодженні. Але процес відведення тепла не відбувається за рахунок випаровування і конденсації, основний процес — перемішування за допомогою помп, що в будь-якому випадку тільки збільшує споживання енергії і знижує ефективність охолодження.



В цілому варто відзначити, що ідея Immersion-2, по суті, не нова. Ще в 1970-х роках проводилися відповідні дослідження із застосуванням флюїду C6F14, який кипів на поверхні кремнієвого чіпа. Однак сам чіп був далекий від досконалості і флюїд надавав негативний вплив на нього. Коротше кажучи, комп'ютерна і чіп технологія дозріла тільки в останні кілька десятиліть. Те, що ми не могли зробити 20 років тому, тепер можна завдяки сучасному пакету мікросхем, які включають розподільники тепла з інтерфейсами високої продуктивності, ssd-дисків, в яких відсутні обертові компоненти і герметичних HDD-дисках, застосування яких можливо в рідкому середовищі. Іншим фактором, який вплинув на те, що технологія раніше не досліджувалася, стала відсутність обчислювальних систем високої щільності в той час і лише за останні кілька років ця проблема набрала актуальності.

Компанія Allied Control всерйоз зайнялася розробкою цієї ідеї, застосувала її на практиці і ось, що з цього вийшло:



В якості тестового проекту в Гонконзі в офісній будівлі на невеликій площі був споруджений міні дата-центр, який став самим енергоефективним дата центром не тільки в Азії, а мабуть у цілому світі, так як був досягнутий коефіцієнт енергоефективності PUE на рівні 1,01!



Зі слів Allied Control максимальна потужність, що припадає на стійку при використанні їх системи охолодження може становити до 225 кВт. Для тестових цілей система охолодження потужністю до 500 кВт була інстальована для 24 стійок. У цьому офісному міні дата центрі тихіше, ніж у бібліотеці!



Забавно те, що перший у світі найбільш енергоефективний дата центр в історії було застосовано не для наукової роботи, а для майнінг кріптовалюти BitCoin, реалії сучасного світу, але інновації потрібно якось окупати! Для зростання майнінг-ферми навіть резервирована додаткова площа:



А так виглядають «леза», яких може бути до 92 в кожній одиниці:



Система рідинного охолодження само собою резервирована:



Зрозуміло також, як і канали зв'язку та електроживлення.

Переваги
— у 4000 разів більш ефективно, ніж повітряне охолодження (електронні компоненти занурюють в діелектричну рідину, яка має набагато більшу теплопропроводность і теплоемкомсть, ніж повітря);
— енергоефективність 1,01 (можливість відводу від 18 до 225 кВт тепла зі стійки);



— «охолоджуємо сотні кіловат», використовуючи всього лише 1500 Ватт (економія на електроенергії для поточної майданчики з 24 шаф, заповнених обладнанням, становить понад $60 000 / місяць);
— низька температура кипіння, що сприяє перемішуванню і пасивному охолодженню завдяки випаровуванню, виключає необхідність застосування насосів (використовується рідина з температурою кипіння 34°C (93°F) під назвою 3M™ Novec™ 7000);
— більш висока щільність (займана обладнанням площа скорочується у багато разів, тим самим позволяе економити на всіх інших інженерних системах дата центру);



— покращена продуктивність і надійність (немає коливань температури і гарячих точок, немає зайвих деталей, так як пасивна система охолодження, можливо позбутися від дублювання апаратних засобів, передача тепела відбувається тільки один раз);
— неймовірна чистота (двофазна імерсійна система охолодження володіє корисними побічними ефектами — масивний потік повітря, пил і шум, виключаються з об'єкта, що занурене в флюїд не тільки не потребує очищення та сушіння при витяганні, але навіть стає ще чистішим за рахунок випаровування флюїду з поверхні);



— вкрай висока ступінь екологічності та пожежної безпеки (не містить речовин, що руйнують озон, більш того володіє властивістю витіснення кисню, тим самим запобігаючи процеси займання, що активно використовується в газових системах пожежогасіння на основі 3M™ Novec™);
— довгий термін життя (понад 30 років) і різні температури кипіння охолоджуючого речовини (34°C, 49°, 56°C і т. д., в основному застосовують Novec 7000 і Novec 649 з температурою 34 і 49 градусів відповідно);



— безпека (при роботі завдяки низьким температурам кипіння неможливо отримати опік, а завдяки відсутності токсичності — отруєння);
— не запатентированность (можливість універсального дизайну під конкретний проект);
— готове модульне рішення для замовника з швидким терміном введення в експлуатацію (до 6 місяців).

На останньому пункті зупинимося докладніше. Серійне рішення отримало найменування DataTank™ і надає можливість відвести до 1,4 МВт тепла з обладнання, розміщеного в одному контейнері:



Модулі DataTank ™ є системами третього покоління і здатні ефективно працювати навіть в жаркому і вологому кліматі Азії, при цьому забезпечуючи PUE 1,01 або навіть менше. Кілька контейнерів можуть бути об'єднані для розгортання великомасштабної контейнерної ферми.



В цілому можна зробити висновок, що за иммерсионным охолодженням майбутнє, хоча звичайно хотілося, щоб подібні нововведення в першу чергу застосовувалися не тільки для майнінг BitCoin, але і для наукових і промислових цілей!

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.