Avantajele tehnologiei de răcire cu lichid Cold Plate în industria TIC

În prezent, tehnologiile de răcire cu lichid utilizate în centrele de putere de calcul constau în principal din răcirea cu lichid cu plăci reci, răcirea cu lichid prin pulverizare și răcirea cu lichid prin imersie.

 

Răcirea cu lichid prin pulverizare eliberează mediul de răcire sub formă de pulverizare pe sursa de căldură a serverului, realizând disiparea căldurii prin evaporare și absorbție a căldurii.

 

Răcirea lichidă prin imersie implică scufundarea completă a întregului server sau a componentelor serverului într-un lichid de răcire, disipând căldura prin contact direct. În comparație cu răcirea cu lichid cu plăci reci, tehnologiile de răcire cu lichid prin pulverizare și imersie pot obține o eficiență mai mare de răcire în cazurile de densitate de putere extrem de mare.

 

Cu toate acestea, tehnologiile de răcire cu lichid prin pulverizare și imersie sunt relativ complexe de implementat și întreținut, implicând mai multe considerații de siguranță și de mediu și necesită mai multe investiții. În comparație cu tehnologiile de răcire cu lichid prin contact direct, răcirea cu lichid pe placă rece oferă următoarele avantaje:

 

 

I Densitate ridicată: implementarea nodurilor de înaltă densitate poate spori eficient capacitatea de calcul per rack

 

Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiilor precum inteligența artificială, analiza datelor mari, virtualizarea și calculul de înaltă performanță, centrele de putere de calcul cer din ce în ce mai multă putere de calcul. Cu toate acestea, capacitatea de transport limitată a centrelor de energie de calcul, limitată de spațiul clădirii și de reglementările de mediu, a devenit o provocare cheie. Creșterea densității de putere per rack a devenit o metodă crucială pentru a reconcilia această problemă.

 

▲ centre de putere de calcul

 

În 2022, consumul de energie al procesoarelor de server din a patra generație de la Intel a depășit 350 W per CPU, iar GPU-urile NVIDIA au depășit 700 W pe unitate, densitățile de calcul în cluster AI ajungând în mod obișnuit la 50 kW per rack. În prezent, densitatea de putere per rack în centrele de putere de calcul răcite natural cu aer acceptă de obicei doar 8-10kW. Bazându-se exclusiv pe tehnologia tradițională de răcire cu aer, nu mai poate satisface nevoile de răcire ale nodurilor de calcul de înaltă densitate. Prin urmare, adoptarea de noi tehnologii de răcire pentru a crește densitatea de implementare a nodurilor și a îmbunătăți capacitatea de calcul per rack a devenit deosebit de importantă.

 

Sistemul de răcire cu lichid pe placă rece este o tehnologie de răcire eficientă pentru a crește densitatea puterii rack-ului.

 

• Performanță eficientă de răcire: Tehnologia de răcire cu lichid cu plăci reci integrează îndeaproape plăcile de răcire cu lichid cu nodurile serverului, eliminând direct căldura și realizând o răcire eficientă, permițând astfel o densitate de putere mai mare.
• Amprentă mai mică: Pe lângă performanța de răcire eficientă, tehnologia de răcire cu lichid cu placă rece are și o amprentă mai mică. Integrarea strânsă a plăcilor de răcire cu lichid cu nodurile server economisește spațiu, permițând centrelor de putere de calcul să implementeze mai multe noduri într-un spațiu limitat, sporind și mai mult densitatea capacității de calcul.

 

 

II Eficiență ridicată: răcirea cu lichid pe partea sursei de căldură îmbunătățește foarte mult eficiența de răcire a serverului

 

Datorită caracteristicilor de transfer termic ale aerului, eficiența de răcire a tehnologiei de răcire cu aer este limitată. Conductibilitatea termică scăzută a aerului și susceptibilitatea acestuia la fluctuațiile de temperatură a mediului au un impact semnificativ asupra performanței de răcire a sistemelor de răcire cu aer în medii cu temperatură ridicată. Mai mult, capacitatea de răcire a sistemelor de răcire cu aer este, de asemenea, limitată de viteza fluxului de aer și de condițiile de circulație a aerului. În schimb, tehnologia de răcire cu lichid, cu o eficiență mai mare a transferului termic și o performanță de răcire mai stabilă, excelează în medii cu densitate mare de putere și temperatură ridicată. Prin urmare, mai multe centre de putere de calcul trec la tehnologia de răcire cu lichid pentru a satisface cererea tot mai mare de putere de calcul.

 

▲ Tehnologia de răcire cu lichid pe placă rece

 

Tehnologia de răcire cu lichid cu plăci reci înlocuiește aerul cu un lichid de răcire ca mediu de transfer de căldură, canalizând direct lichidul de răcire către modulele de cip generatoare de căldură. Prin transferul de căldură prin contact indirect, căldura generată de cipuri este îndepărtată, reducând temperatura modulelor de cip și îmbunătățind atât eficiența de răcire, cât și performanța de calcul.

 

• Capacitatea termică specifică a lichidelor este mult mai mare decât cea a gazelor, ceea ce înseamnă că cantitatea de căldură absorbită/eliberată per unitate de modificare a temperaturii este mult mai mare decât cea a aerului, ceea ce duce la o îmbunătățire substanțială a eficienței de răcire. De exemplu, eficiența transferului de căldură al apei pe unitate de volum este de 3.500 de ori mai mare decât cea a aerului, abordând eficient provocările de răcire reprezentate de serverele cu densitate tot mai mare.
• In plus, prin inlocuirea racirii cu aer cu racirea lichida se elimina nevoia de ventilatoare, reducand consumul de energie de functionare al intregului sistem de racire. Într-un nod tipic, cu 80% din CPU și memorie acoperită de plăci reci, PUE de răcire poate fi redus la 1,15 sau mai puțin. Prin urmare, în comparație cu răcirea cu aer, răcirea cu lichid oferă o capacitate de răcire mai mare pentru cipurile individuale.

 

 

III Fiabilitate ridicată: scenariile proiectate științific asigură funcționarea fiabilă și stabilă a sistemului

 

Lichidul de răcire din sistemul de răcire cu lichid este unul dintre factorii cheie care mențin funcționarea normală a acestuia. Proiectarea profesională a prevenirii scurgerilor și managementul operațional sunt cruciale pentru stabilitatea sistemelor de răcire cu lichid cu plăci reci. După ani de dezvoltare și îmbunătățire, fiabilitatea tehnologiei de răcire cu lichid cu plăci reci a fost bine asigurată, cu măsuri de siguranță, cum ar fi proiectarea de prevenire a scurgerilor, monitorizarea completă a scurgerilor și gestionarea defecțiunilor, oferind prevenirea riscului de defecțiuni în mai multe unghiuri și cuprinzătoare, asigurând că echipamentele sistemului funcționează într-un mediu sigur și stabil, protejând astfel atât mediul, cât și siguranța personalului.

 

▲ sistem de răcire cu lichid

 

Sistemul de răcire cu lichid cu placă rece utilizează un design de prevenire a scurgerilor pe trei niveluri, asigurând zero incidente de scurgere la nivel de nod, dulap și cameră.

 

• Baza nodului este complet etanșată, capabilă să direcționeze și să dreneze cu promptitudine orice scurgeri, împiedicându-le să afecteze alte noduri.
• Dulapul este echipat cu modele de pulverizare pentru scurgeri cu conectare rapidă și supape electromagnetice pentru controlul automat al lichidului de răcire.
• Camera folosește un design cu dublă buclă, asigurând că o singură scurgere a dulapului este izolată și nu afectează funcționarea normală a altor dulapuri.

 

Sistemul de răcire cu lichid pe placă rece poate realiza o monitorizare completă a scurgerilor. Dulapuri întregi sunt echipate cu capacități de detectare a scurgerilor pe trei niveluri, oferind alerte precise de scurgere.

 

• Nodurile folosesc manșoane de frânghie scufundate în apă pentru a detecta scurgerile și pentru a le raporta la BMC (controller de management al plăcii) pentru monitorizare și alertă.
• Divizoarele dulapurilor sunt echipate cu senzori fotoelectrici de scurgeri atât la intrarea, cât și la ieșirea apei, cu alerte de monitorizare RMU (Ring Main Unit) raportate platformei de management al rețelei.
• Schimbătorul de căldură aer-lichid (ușa de răcire cu lichid) monitorizează nivelul apei cu senzori de plutire, iar alertele sunt raportate platformei de gestionare a rețelei prin RMU.

 

 

IV Consum redus de energie: tehnologiile inovatoare de economisire a energiei ghidează dezvoltarea ecologică și cu emisii scăzute de carbon în centrele de energie de calcul

 

Ca mari consumatori de energie, centrele de energie de calcul furnizează doar o mică parte din puterea lor către sarcinile IT, consumul principal de energie provenind din sistemul de răcire. Prin înlocuirea ventilatoarelor și a aerului condiționat cu tehnologia de răcire cu lichid cu placă rece, care nu necesită consum continuu de energie electrică, consumul total de energie al centrului de putere de calcul poate fi redus foarte mult, scăzând semnificativ valoarea PUE. Tehnologia de răcire cu lichid cu plăci reci, printr-o serie de tehnologii de economisire a energiei, cum ar fi distribuția rece, controlul precis al temperaturii, răcirea cu apă caldă și recuperarea căldurii reziduale, reduce semnificativ consumul de energie al centrelor de energie de calcul, realizând o utilizare eficientă a energiei.

 

▲ centre de putere

 

Tehnologia de răcire cu lichid pe placă rece furnizează direct lichid de răcire la temperatură joasă componentelor generatoare de căldură prin unitatea de distribuție a frigului, absorbind rapid și eficient căldura generată de servere, scurtând efectiv calea de transfer de căldură și îmbunătățind eficiența de răcire a sistemului.

 

• În comparație cu sistemele tradiționale de răcire cu aer, sistemele de răcire cu lichid cu plăci reci reduc nevoia de răcire cu aer pe scară largă, permițând un control precis al temperaturii și reducând semnificativ consumul de energie de răcire al centrelor de putere de calcul.
• În plus, tehnologia de răcire cu lichid cu plăci reci adoptă răcirea cu apă caldă, cu temperaturile apei de ieșire atingând 55-60 grade , permițând răcirea naturală pe tot parcursul anului. În plus, cu temperaturile apei de retur care depășesc 55 de grade, calitatea termică ridicată permite recuperarea căldurii reziduale pentru reutilizare. Răcirea lichidă cu apă caldă reduce sarcina de disipare a căldurii a sistemului de răcire, iar recuperarea căldurii reziduale scade consumul total de energie. Împreună, ele pot reduce semnificativ consumul de energie al centrelor de putere de calcul. Pe lângă consumul redus de energie al sistemului de răcire în sine, răcirea cu lichid pe placă rece ajută la scăderea temperaturii așchiilor, ceea ce duce la o fiabilitate mai mare și la un consum mai mic de energie. Consumul total de energie al sistemului este de așteptat să scadă cu aproximativ 5%.

 

 

V Întreținere ușoară: dulapurile de server integrate permit întreținerea simplificată automatizată și inteligentă

 

Odată cu dezvoltarea tehnologiei și creșterea cererii, centrele de putere de calcul se extind la scară, iar aplicațiile și mediile lor de sistem devin din ce în ce mai complexe, necesitând mai multă forță de muncă și suport tehnic pentru a asigura stabilitatea și securitatea. Dulapurile de răcire cu lichid integrate cu placă rece sunt recunoscute pe scară largă pe piață pentru avantajele lor în implementarea rapidă și întreținerea convenabilă.

 

▲ Dulap de răcire cu lichid cu placă rece integrată

 

Dulapurile de server răcite cu lichid realizează întreținere automată cu zero cabluri printr-un design de inserție cu trei magistrale pentru circuitul de apă de răcire cu lichid, alimentarea cu energie și rețeaua de schimb, simplificând foarte mult procesul de întreținere și reducând riscurile de defecțiune.

 

• După ce au fost instalate, testate și depanate pe linia de producție, dulapurile de server răcite cu lichid pot fi livrate direct la centrul de date al clientului, realizând instalarea zero la fața locului și reducând ciclul de livrare la câteva zile.
• Conductele laterale secundare utilizează un design modular, cu componente prefabricate în fabrică, eliminând nevoia de sudare și spălare la fața locului, îmbunătățind eficiența cu 50% și accelerând semnificativ implementarea și activarea.
• În plus, dulapurile de server răcite cu lichid oferă întreținere robotizată, identificare automată a poziției U a serverului, integrare de gestionare a rețelei terță parte și management inteligent, simplificând procesele de întreținere, îmbunătățind în același timp eficiența întreținerii.

 

Printr-un design integrat, întreținerea automată fără cabluri a dulapurilor de server răcite cu lichid, înlocuirea eficientă a componentelor, livrarea rapidă a cabinetului, designul eficient al conductelor și capabilitățile inteligente de întreținere fac întreținerea mai convenabilă, implementarea mai rapidă și operațiunile mai eficiente, reducând în același timp costurile de întreținere și aportul de muncă. Aceste avantaje fac din cabinetele de server răcite cu lichid alegerea ideală pentru funcționarea fiabilă și dezvoltarea viitoare a centrelor de alimentare de calcul.

 

 

VI Easy Retrofit: Avantajele flexibile de operare sprijină modernizarea și transformarea centrelor de date învechite

 

În fața înăspririi cerințelor și politicilor de consum de energie, centrele tradiționale de putere de calcul se confruntă cu provocări semnificative. Pentru a satisface cerințele de conservare a energiei și de protecție a mediului, operatorii centrelor de energie de calcul trebuie să ia măsuri eficiente. Printre acestea, modernizarea aer-lichid, cu eficiența economică semnificativă, utilizarea ridicată a energiei și performanța excelentă, a devenit o cale fezabilă pentru operatorii centrelor de energie de calcul pentru a se adapta la cerințele actuale de consum de energie și provocările de mediu.

 

▲ tehnologie de răcire cu lichid

 

Prin tranziția metodelor de răcire ale unora sau ale tuturor serverelor de la tehnologia tradițională de răcire cu aer la o tehnologie eficientă de răcire cu lichid, centrele de putere de calcul pot îmbunătăți semnificativ utilizarea energiei, pot reduce valorile PUE și, prin urmare, pot reduce consumul total de energie. Această mișcare nu numai că ajută la îndeplinirea cerințelor de consum de energie, dar îmbunătățește și eficiența de răcire a serverului, crește capacitatea de calcul și reduce problemele legate de zgomotul ventilatorului și circulația aerului, îmbunătățind stabilitatea și fiabilitatea serverelor.

 

• În primul rând, tehnologia de răcire cu lichid pe placă rece oferă o mai bună compatibilitate a materialelor cu componentele generatoare de căldură. Într-un sistem de răcire cu lichid cu placă rece, lichidul de răcire curge doar prin conductele plăcii rece și nu contactează direct placa de bază a serverului și componentele generatoare de căldură. Prin urmare, nu este nevoie de un design special de materiale pentru placa de bază și componentele generatoare de căldură. Atunci când selectați lichidul de răcire, trebuie doar să luați în considerare compatibilitatea acestuia cu conducta de circulație și placa rece. Acest lucru face ca tehnologia de răcire cu lichid cu placă rece să fie mai flexibilă și mai potrivită pentru diverse echipamente de server, fără a necesita modificări hardware extinse.
• În al doilea rând, tehnologia de răcire cu lichid cu placă rece este ușor de adaptat. Această tehnologie nu modifică forma originală a plăcii de bază a serverului, ci o modifică în timp ce păstrează placa de bază existentă. Această metodă de modificare nu numai că permite o dezasamblare ușoară și o instalare convenabilă, dar oferă și o mai bună fezabilitate în ceea ce privește tehnologia, industriei și producția la scară largă. Deoarece nu necesită modificări majore sau înlocuiri ale plăcii de bază, instalarea și întreținerea tehnologiei de răcire cu lichid cu placă rece sunt mai simple și mai convenabile, reducând în același timp dificultatea creșterii producției în tehnologie și industrie. În schimb, tehnologia de răcire cu lichid prin imersie necesită de obicei proiectarea plăcilor de bază răcite cu lichid specializate pentru a se adapta caracteristicilor sale complet scufundate, ceea ce crește fără îndoială atât costurile tehnice, cât și costurile de producție.

 

Folosind aceste avantaje, tehnologia de răcire cu lichid cu placă rece este mai convenabilă și mai eficientă din punct de vedere al costurilor în aplicațiile practice, ceea ce o face tehnologia preferată pentru modernizarea și modernizarea sistemelor vechi de răcire aer-lichid în centrele de putere de calcul.