ЕкоФЛОПС - Охолоджуйте розумно, Занурювальні технології

Занурювальні (імерсійні) технології охолодження

Бурхливий розвиток продуктивності обчислювальних пристроїв прийшов до того, що охолодження почало вимагати значних ресурсів. Поряд зі спробами підвищення ефективності традиційних повітряних систем охолодження стали розроблятися альтернативні способи охолодження з використанням рідин. У цьому розділі розглядається технологія повного занурення обчислювальної техніки діелектричний теплоносій.

Існує безліч різних діелектричних теплоносіїв різних за властивостями та походженням, як мінеральних, так і синтетичних. При побудові системи іноді виникають особливі вимоги, наприклад пожежної безпеки. Тому для підвищення якісних властивостей системи слід приділити увагу таким параметрам рідин як:

Гігроскопічність - це здатність поглинати водяні пари. Тому краще, якщо значення даного показника прагнутиме нуля. Відсутність води у теплоносії є гарантією безвідмовної роботи системи загалом. Даний параметр можна умовно ігнорувати при застосуванні спеціальних сепараторів, що осушують, в контурі циркуляції.

Високав'язкість є на заваді роботі насосів і одночасно погіршує відведення тепла від елементів із встановленими радіаторами. Цей параметр визначається розмірами молекул теплоносія. Сучасна хімічна промисловість може надати діелектричний теплоносій практично з будь-яким параметром в'язкості. Проте слід пам'ятати, що великим молекулам складніше омивати ребра радіаторів і, отже, відводити тепло. З цієї ж причини насоси також відчувають додаткове навантаження при перекачуванні рідин з високою в'язкістю, що впливає на споживання енергії.

Теплоємність – цей параметр вибирається за принципом «чим більше, тим краще». Більший показник дозволить застосувати нижчу швидкість циркуляції та більш високу температуру теплоносія. Це впливає на енергоспоживання системи циркуляції.

Летючість — теплоносій повинен мати низький коефіцієнт летючості, просто для того, щоб він не випаровувався і не був потрібний постійний його долив. В іншому випадку потрібно виготовлення спеціального герметичного контейнера.

Негорючість – дана властивість дозволяє оцінити такий параметр діелектричної рідини, яктемпература спалаху. Цей параметр також пов'язаний з в'язкістю рідини, тому при підборі доведеться враховувати обидва. Високий показниктемпературі спалаху забезпечує необхідний рівень пожежної безпеки.

Токсичність має бути мінімальною, оскільки з рідиною зіштовхуватиметься персонал. Це зумовлено тим, що при нагріванні у будь-якому випадку з'являтимуться пари теплоносія.

Походження рідини мінеральне чи синтетичне – це лише можливість вибору тієї чи іншої теплоносія. Деякі мінеральні діелектрики, наприклад, призначені для трансформаторів, мають темно-жовтий колір і виражений нафтовий запах, але при цьому мають низьку ціну. Однак існують мінеральні олії без кольору та запаху. Синтетичні діелектрики також безбарвні і доступні в широкому діапазоні в'язкості.

Термін служби. Цей параметр важливий і безпосередньо пов'язаний з тим, коли Вам доведеться звертатися за черговою партією масла для заміни. Сучасні діелектричні олії мають тривалі терміни служби, і за дотримання правил експлуатації становлять понад 5 років.

Хімічна нейтральність. Данийпараметр важливий, оскільки в рідину занурюється дороге обладнання. Щоб теплоносій не вступав у хімічну реакцію з компонентами обчислювальної техніки та не змінював властивостей ізоляції, він має бути повністю хімічно інертним.

Вартість - параметр залежить, і від імені виробника, і від природи походження рідини. Існує досить великий вибір рідин із різними властивостями. Томуза потреби ми підберемо для Вас теплоносій, який найкраще задовольняє Ваші вимоги.

Що таке занурювальне охолодження?

Цей підхід передбачає, що обчислювальне та допоміжне обладнання занурюється в рідкий теплоносій. Подібний спосіб охолодження давно застосовується в електричних трансформаторах. У разі охолодження електроніки зануренням застосовується нетоксична, прозора, без запаху олія синтетична або мінеральна.

Повітря – це скоріше утеплювач, ніж теплоносій. Рідкий діелектрик має теплоємність у 1200 разів перевищує показники повітря. Це дає значні переваги під час експлуатації обладнання. Наприклад, підтримання значення температури діелектричного теплоносія на рівні 35 °C вимагає значно менших енерговитрат, ніж подача повітря температурою 13 °C. При цьому в першому випадку температура процесора буде нижчою!

Як влаштована система

Вся система складається з чотирьох основних компонентів:

ємність для занурення обчислювального обладнання
насосний модуль, що включає теплообмінник та фільтр (Н)
блок контролю та управління (БО)
зовнішній теплообмінний модуль (ТО)

Ємність для занурення є серверною стійкою, покладеною на бік і поміщеною в контейнер длярідини, через яку циркулює діелектричний теплоносій. Тепло від обчислювального обладнання забирається теплоносієм і переноситься до теплообмінника, де відбувається передача тепла воді (див. малюнок). Застосування внутрішньостійкових кріплень стандартного форм-фактору дозволяє використання обчислювальних модулів усіх доступних на ринку виробників.

Крім занурювальних ванн, доступний інший спосіб охолодження діелектричним теплоносієм. У ньому кожен із обчислювальних серверів упаковується в окремий герметичний корпус – контейнер, що має на торці всі необхідні для підключення до «зовнішнього світу» роз'єми, включаючи гідравлічні роз'єми для підведення та відведення олії.

Такий спосіб компонування, дає порівняно велику щільність установки для розрахунку обчислювальних ядер на квадратний метр площі, оскільки розміщення можливе в кілька ярусів.

Обслуговування обчислювальної техніки

Для проведення робіт, пов'язаних із заміною компонентів серверів, занурених у діелектричну рідину, передбачено спеціальний порядок. Обладнання поміщається на спеціально встановлені поверх стійки рейлінги або транспортується в ремзону, де далі проводиться заміна несправних елементів. Для отримання великих серверних корпусів передбачається спеціальний підйомний механізм. Послідовність дій при обслуговуванні, що ускладнилася, компенсується зниженням кількості відмов техніки.

Обслуговування системи

Система охолодження містить блок контролю, який у безперервному режимі стежить за насосами та температурою у різних точках. Насоси дубльовані, і система контролює потоки, що видаються ними. У разі несправностей відбувається інформування оператора будь-якими потрібними способами.

Існують два основні варіантиреалізації методу занурювального охолодження:

Варіант А. Занурення обчислювальних серверів у загальний контейнер із діелектриком.

Варіант Б. передбачає виготовлення герметичного корпусу для кожного обчислювального вузла.

Представлена технологія дозволяє отримати низький показник PUE (до 1.03) завдяки наведеним нижче перевагам:

Робота при екстремально високих температурах навколишнього середовища. Система ефективно працює при температурі води 50 °C та температурі навколишнього середовища в 57 °C.
Економія загального енергоспоживання до 35%
Вторинне використання тепла
Температура всіх компонентів нижче, що продовжує їх термін служби
Занурене обладнання, за дотримання певних умов, захищене від пожежі, вологості, пилу та статичної електрики.
Зниження показника PUE до 1.03.
Зниження енергоспоживання досягається за рахунок відсутності вентиляторів.
Зниження капітальних та операційних витрат.

Переваги Варіанту А:

Зниження витрат на виготовлення корпусних деталей
Проста для реалізації гідравлічна схема
Не потрібне виготовлення спеціальних герметичних корпусів для різних модифікацій пристроїв. Завдяки цьому маса конструкції нижча. Навантаження на перекриття знижене завдяки горизонтальному розташуванню стійки.
Основною перевагою пропонованої занурювальної системи охолодження є її простота.

Переваги варіанта Б:

Установка за класичною схемою у стандартних 19″ стійках
Робота в екстремальних умовах (холод, спека, пересувні лабораторії)

Окрім власних рішень щодо технології«контактного охолодження» ми можемо запропонувати Вам обладнання LiquidCool Solutions, яка є нашим партнером.