Охладить = сэкономить. Задача, которую сейчас решают все

Все больше крупных компаний, которые специализируются на использовании мощных компьютеров для производства и хранения информации, инвестируют огромные суммы на создание новой модели, если удобно – вида, охлаждения бесконечно работающих процессоров.

Мало того, что сами компьютеры “сжирают” невероятное количество энергии для своих рабочих задач, так еще и ставшее традиционным воздушное охлаждение этих компьютеров поглощает энергии еще больше. В итоге, суммарные расходы на содержание ЦОД, стремятся в космическую высь.

Другая активная в этих вопросах категория профессионалов – владельцы так называемых ферм для производства криптовалют. Как известно, их рабочими инструментами также являются компьютеры, причем доходы от криптоферм прямо пропорциональны мощности компьютеров. И пусть владельцы новых бизнесов не отличаются научными и исследовательскими ресурсами для создания нового вида охлаждения суперпроцессоров, зато их богатая практическая деятельность и жажда сократить расходы на содержания ферм не знают пределов. Уже давно все интересные производства были перенесены в регионы с прохладным климатом, были выбран самые дешевые энергетические зоны Китая, поэтому приходиться теперь включать фантазию и идти порой на очень рискованные эксперименты с оборудованием.

Да, погружение электроники в жидкость для того, чтобы ее охладить, на первый взгляд кажется решением за гранью здравого смысла. Но конечно, речь идет не о воде… К выбору охлаждающего агента есть ряд жестких требований: диэлектричность, высокая теплоемкость и низкая вязкость. В итоге, круг выбора этих веществ не выходит за некоторые виды минеральных масел, холодильных хладагентов.

Одним из главных факторов, благодаря которому погружное охлаждение является дешевле традиционного воздушного – это значительно уменьшенная разница температур между хладагентом и работающими серверами. Например, охлаждение остается эффективным даже при температуре хладагента 40 градусов цельсия, в то время, как температура воздушного потока при традиционном охлаждении должна быть не больше 24. Это первый пункт в системе аргументации выбора. Во вторых, по причине того, что жидкостное охлаждение намного эффективнее отводит тепло, можно повысить плотность размещения компьютерного оборудования. В третьих, значительно повышается пик производительной нагрузки машин. И ряд аргументов можно продолжать и дальше. Они уже чисто эксплуатационные:

• Снижение рисков выхода из строя оборудования по причине сбора пыли.
• Принципиальное остуствие возможности для возникновения так называемых “горячих зон” – равномерное распределение температуры по стойки при погружном охлаждении в отличие от воздушного.
• Создание длительного интервала сохранения температурных условий при каких-либо аварийных ситуациях. Хладагенты способны удерживать низкую температуру на заданное время, создавая так называемый “запас холода” в наполненной хладагентом ванне.

Но, конечно же, есть и недостатки. И прежде всего они связаны с потребностью в специальных серверных стойках и модифицированном серверном оборудовании. Так как они должны выдерживать дополнительный вес – ванны с хладагентами, то увеличивается и их собственный вес, и площадь, которую они занимают. Но зато при создании комплекса ЦОД нужно понимать, что отсутствие “горячих коридоров” и повышенная плотность размещения оборудования сводят к одному показателю площадь размещения компьютерного оборудования и с новой, и с традиционной (воздушной) системой охлаждения.

Как мы уже говорили выше, исследовательской деятельностью занимаются не только мировые лидеры в производстве и хранении информации, но и владельцы относительно небольших (в мировых масштабах) бизнесов по производству криптовалют. Изложенное ниже решение – реально работающая модель одной из крупнейших крипто-ферм в Китае.

Погружная система охлаждения серверного оборудования с использованием Novec

Задача, которую ставила перед собой группа разработчиков, сводилась к следующему: необходимость простой системы охлаждения, отвод получаемого от оборудования тепла с минимизацией разницы температур между процессором и водой как вторичным теплоносителем.

За базу была взята давно используемая массивная двухфазная погружная система охлаждения. Эта технология отличается простотой, надежность и эффективностью.

Концепция погружного охлаждения в ванне базируется на возможности охлаждения при помощи погружения оборудования в полуоткрытую ванну. Полуоткрытую в том смысле, что она может быть и закрытой, когда доступ к оборудования не требуется, и открытой – когда нужно произвести какую-либо замену или ремонт оборудования. Ванна работает при атмосферном давлении и не имеет специальных герметичных разьемов для электричества.

Предложенная система очень похожа на паровой обезжириватель. Каждый рабочий элемент сервера подключен к объединительной панели, которая находится на дне ванны. Сама ванна частично заполнена летучей диэлектрической жидкостью – Novec.

Преимуществ в этой системе очень много. Начнем с того, что она абсолютно противопрожарна – действующее вещество применяется во всех развитых странах в качестве пожаротушащего агента.

Эксперименты, которые проводились на криптофермах, показали, что если в качестве рабочей жидкости залит гидрофторэфир – C3F7OCH3, 1кВт отводимой теплоты на 100 см3 рабочей жидкости легко достижимы.

Выбор рабочих жидкостей для заполенения ванной

Есть несколько вариантов для заполнения ванной – в таблице содержится перфторуглерод, гидрофторэфир и два вещества из фторкетонов. Может быть, их больше, однако все перечисленные жидкости были реально протестированы в условиях эксперимента. Если у вас есть идеи и возможности для продолжения этого перечня, это расширит возможности использования погружного охлаждения в полуоткрытой ванне.

Основные технические характеристики:

Что же касается потерь жидкости (унос паров) в течение всего времени использования ванны, то они могут быть сведены к минимуму при использовании вторичного охлаждающего змеевика, который будет автоматически включаться при превышении температурой определенного значения.

Плотность размещения мощностей, которым соответствует охлаждающая способность ванной, достигает 130 кВт/м2. Этот уровень оставляет далеко позади возможности традиционного воздушного охлаждения, которое рассчитано не более, чем на 52 кВт/м2. А отводимое тепло отлично применяется для обогрева зданий, построек сельскохозяйственного назначения, любых других объектов.

Кроме того, эксперименты продемонстрировали, что применение коммерчески доступного фторкетона с Т кипения49 градусов цельсия и потоке воды 57 литров/минута, температура процессора будет меньше 60 градусов цельсия. Температура воды в змеевиках – 28 градусов.

Если же Т процессора можно поднимать до 83 градусов, то поток воды составит 114 литров/минута при Т в змеевиках
62 градуса.

Однако, эксперименты продолжаются. Не теряйте бдительности в поиске новой информации.