مزایای فناوری خنک کننده مایع صفحه سرد در صنعت ICT

در حال حاضر، فن‌آوری‌های خنک‌کننده مایع مورد استفاده در مراکز قدرت محاسباتی عمدتاً شامل خنک‌کننده مایع صفحه سرد، خنک‌کننده مایع اسپری و خنک‌کننده مایع غوطه‌وری است.

 

خنک کننده مایع اسپری، محیط خنک کننده را به شکل اسپری بر روی منبع حرارتی سرور آزاد می کند و از طریق تبخیر و جذب گرما به اتلاف گرما دست می یابد.

 

خنک کننده مایع غوطه ور شامل غوطه وری کامل کل سرور یا اجزای سرور در یک خنک کننده است و گرما را از طریق تماس مستقیم دفع می کند. در مقایسه با خنک‌کننده مایع صفحه سرد، فن‌آوری‌های خنک‌کننده مایع اسپری و غوطه‌وری می‌توانند بازده خنک‌کنندگی بالاتری در موارد چگالی توان بسیار بالا داشته باشند.

 

با این حال، فن‌آوری‌های خنک‌کننده مایع اسپری و غوطه‌وری برای اجرا و نگهداری نسبتاً پیچیده هستند و ملاحظات ایمنی و محیطی بیشتری را شامل می‌شوند و نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتری دارند. در مقایسه با فن آوری های خنک کننده مایع با تماس مستقیم، خنک کننده مایع صفحه سرد مزایای زیر را ارائه می دهد:

 

 

I High Density: استقرار گره با چگالی بالا می تواند به طور موثر ظرفیت محاسباتی در هر رک را افزایش دهد

 

با توسعه سریع فناوری هایی مانند هوش مصنوعی، تجزیه و تحلیل داده های بزرگ، مجازی سازی و محاسبات با کارایی بالا، مراکز قدرت محاسباتی به طور فزاینده ای به قدرت محاسباتی بیشتری نیاز دارند. با این حال، ظرفیت حمل محدود مراکز توان محاسباتی، که توسط فضای ساختمان و مقررات محیطی محدود شده است، به یک چالش کلیدی تبدیل شده است. افزایش چگالی توان در هر رک به روشی حیاتی برای حل این موضوع تبدیل شده است.

 

▲ مراکز قدرت محاسباتی

 

در سال 2022، مصرف انرژی پردازنده های سرور نسل چهارم اینتل از 350 وات در هر CPU فراتر رفت و پردازنده های گرافیکی NVIDIA از 700 وات در هر واحد فراتر رفت و تراکم محاسباتی خوشه ای هوش مصنوعی معمولاً به 50 کیلو وات در هر رک می رسید. در حال حاضر، چگالی توان در هر رک در مراکز توان محاسباتی با هوا خنک طبیعی معمولاً تنها 8-10 کیلووات را پشتیبانی می‌کند. تنها با تکیه بر فناوری خنک کننده هوای سنتی دیگر نمی توان نیازهای خنک کننده گره های محاسباتی با چگالی بالا را برآورده کرد. بنابراین، اتخاذ فناوری های خنک کننده جدید برای افزایش تراکم استقرار گره و افزایش ظرفیت محاسباتی در هر رک اهمیت ویژه ای پیدا کرده است.

 

سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد یک فناوری خنک کننده موثر برای افزایش چگالی توان رک است.

 

• عملکرد خنک‌کننده کارآمد: فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد، صفحات خنک‌کننده مایع را با گره‌های سرور ادغام می‌کند، به طور مستقیم گرما را حذف می‌کند و به خنک‌سازی کارآمد دست می‌یابد، در نتیجه چگالی توان بالاتری را ممکن می‌سازد.
• ردپای کوچکتر: علاوه بر عملکرد خنک کننده کارآمد، فناوری خنک کننده مایع صفحه سرد ردپای کوچکتری نیز دارد. ادغام نزدیک صفحات خنک کننده مایع با گره های سرور باعث صرفه جویی در فضا می شود و به مراکز قدرت محاسباتی اجازه می دهد تا گره های بیشتری را در یک فضای محدود مستقر کنند و تراکم ظرفیت محاسباتی را بیشتر افزایش دهد.

 

 

II راندمان بالا: خنک کننده مایع در سمت منبع گرما راندمان خنک کننده سرور را تا حد زیادی بهبود می بخشد

 

با توجه به ویژگی های انتقال حرارتی هوا، راندمان خنک کننده فناوری خنک کننده هوا محدود است. هدایت حرارتی کم هوا و حساسیت آن به نوسانات دمای محیطی به طور قابل توجهی بر عملکرد خنک کننده سیستم های خنک کننده هوا در محیط های با دمای بالا تأثیر می گذارد. علاوه بر این، قابلیت خنک کنندگی سیستم های خنک کننده هوا نیز توسط سرعت جریان هوا و شرایط گردش هوا محدود می شود. در مقابل، فناوری خنک‌کننده مایع، با راندمان انتقال حرارت بالاتر و عملکرد خنک‌کننده پایدارتر، در محیط‌های با چگالی توان و دمای بالا برتری دارد. بنابراین، مراکز قدرت محاسباتی بیشتری برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد برای قدرت محاسباتی به فناوری خنک کننده مایع روی می آورند.

 

▲ فن آوری خنک کننده مایع صفحه سرد

 

فن‌آوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد هوا را با یک خنک‌کننده به‌عنوان واسطه انتقال گرما جایگزین می‌کند و مستقیماً خنک‌کننده را به ماژول‌های تراشه‌های مولد گرما هدایت می‌کند. از طریق انتقال حرارت تماس غیرمستقیم، گرمای تولید شده توسط تراشه‌ها خارج می‌شود و دمای ماژول‌های تراشه را کاهش می‌دهد و راندمان خنک‌کنندگی و عملکرد محاسباتی آن‌ها را افزایش می‌دهد.

 

• ظرفیت گرمایی ویژه مایعات به مراتب بیشتر از گازها است، به این معنی که مقدار گرمای جذب/آزاد شده در واحد تغییر دما بسیار بیشتر از هوا است که منجر به بهبود قابل توجهی در راندمان خنک‌کننده می‌شود. به عنوان مثال، راندمان انتقال حرارت آب در واحد حجم 3500 برابر بیشتر از هوا است، که به طور موثر چالش های خنک کننده ناشی از سرورهای با چگالی بالا را برطرف می کند.
• علاوه بر این، با جایگزینی خنک کننده با هوا به جای خنک کننده مایع، نیاز به فن برطرف شده و مصرف انرژی کل سیستم خنک کننده را کاهش می دهد. در یک گره معمولی، با 80 درصد از CPU و حافظه پوشیده شده توسط صفحات سرد، PUE خنک کننده را می توان به 1.15 یا کمتر کاهش داد. بنابراین، خنک کننده مایع در مقایسه با خنک کننده هوا، ظرفیت خنک کننده بالاتری را برای تراشه های جداگانه ارائه می دهد.

 

 

III قابلیت اطمینان بالا: سناریوهای طراحی شده علمی عملکرد قابل اعتماد و پایدار سیستم را تضمین می کنند

 

خنک کننده در سیستم خنک کننده مایع یکی از عوامل کلیدی برای حفظ عملکرد طبیعی آن است. طراحی حرفه ای پیشگیری از نشت و مدیریت عملیاتی برای پایداری سیستم های خنک کننده مایع صفحه سرد بسیار مهم است. پس از سال‌ها توسعه و بهبود، قابلیت اطمینان فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد به خوبی تضمین شده است، با اقدامات ایمنی مانند طراحی جلوگیری از نشت، نظارت کامل بر نشت و مدیریت عیب، پیشگیری از خطر خطای چند زاویه‌ای و جامع را تضمین می‌کند که تجهیزات سیستم را تضمین می‌کند. در یک محیط امن و پایدار عمل می کند، بنابراین از محیط زیست و ایمنی پرسنل محافظت می کند.

 

▲ سیستم خنک کننده مایع

 

سیستم خنک‌کننده مایع صفحه سرد از طراحی سه سطحی جلوگیری از نشت استفاده می‌کند و از عدم وقوع نشتی در سطوح گره، کابینت و اتاق اطمینان می‌دهد.

 

• پایه گره کاملاً مهر و موم شده است، قادر به هدایت و تخلیه سریع هر گونه نشتی است و از تأثیر آنها بر سایر گره ها جلوگیری می کند.
• کابینت مجهز به طرح های اسپری نشت اتصال سریع و شیرهای الکترومغناطیسی برای کنترل خودکار مایع خنک کننده است.
• این اتاق از طراحی دو حلقه ای بهره می برد که تضمین می کند که یک نشتی کابینت ایزوله است و بر عملکرد عادی کابینت های دیگر تأثیر نمی گذارد.

 

سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد می تواند به نظارت کامل نشت دست یابد. تمام کابینت ها مجهز به قابلیت تشخیص نشت سه سطحی هستند که هشدارهای دقیق نشت را ارائه می دهند.

 

• گره ها از آستین های طناب غوطه ور در آب برای تشخیص نشتی استفاده می کنند و آنها را برای نظارت و هشدار به BMC (کنترل کننده مدیریت هیئت مدیره) گزارش می دهند.
• تقسیم‌کننده‌های کابینت مجهز به حسگرهای نشت فوتوالکتریک در ورودی و خروجی آب هستند و هشدارهای نظارتی RMU (واحد اصلی حلقه) به پلت فرم مدیریت شبکه گزارش می‌شوند.
• مبدل حرارتی هوا-مایع (درب خنک کننده مایع) سطح آب را با سنسورهای شناور کنترل می کند و هشدارها از طریق RMU به پلت فرم مدیریت شبکه گزارش می شود.

 

 

IV مصرف کم انرژی: فناوری های نوآورانه صرفه جویی در انرژی، توسعه سبز و کم کربن را در مراکز قدرت محاسباتی هدایت می کند.

 

مراکز قدرت محاسباتی به عنوان مصرف کنندگان اصلی انرژی، تنها بخش کوچکی از توان خود را به بارهای IT تامین می کنند که مصرف اصلی انرژی از سیستم خنک کننده تامین می شود. با جایگزینی فن‌ها و تهویه مطبوع با فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد، که نیازی به مصرف مداوم برق ندارد، می‌توان مصرف انرژی کلی مرکز قدرت محاسباتی را تا حد زیادی کاهش داد و مقدار PUE را به میزان قابل توجهی کاهش داد. فن آوری خنک کننده مایع صفحه سرد، از طریق یک سری فناوری های صرفه جویی در انرژی مانند توزیع سرد، کنترل دقیق دما، خنک کننده آب گرم و بازیابی حرارت هدر رفته، مصرف برق مراکز توان محاسباتی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و به استفاده کارآمد از انرژی دست می یابد.

 

▲ مراکز قدرت

 

فن آوری خنک کننده مایع صفحه سرد به طور مستقیم خنک کننده با دمای پایین را به اجزای مولد گرما از طریق واحد توزیع سرد تامین می کند، به سرعت و کارآمد گرمای تولید شده توسط سرورها را جذب می کند، به طور موثر مسیر انتقال حرارت را کوتاه می کند و راندمان خنک کننده سیستم را بهبود می بخشد.

 

• در مقایسه با سیستم‌های خنک‌کننده هوای سنتی، سیستم‌های خنک‌کننده مایع صفحه سرد نیاز به خنک‌سازی گسترده هوا را کاهش می‌دهند و امکان کنترل دقیق دما و کاهش چشمگیر مصرف انرژی خنک‌کننده مراکز قدرت محاسباتی را فراهم می‌کنند.
• علاوه بر این، فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد از خنک‌کننده آب گرم استفاده می‌کند و دمای آب خروجی به 55-60 درجه می‌رسد و خنک‌سازی طبیعی را در تمام طول سال ممکن می‌سازد. علاوه بر این، با دمای آب برگشتی بیش از 55 درجه، کیفیت حرارتی بالا امکان بازیابی گرمای اتلاف را برای استفاده مجدد فراهم می کند. خنک کننده مایع آب گرم بار دفع گرمای سیستم خنک کننده را کاهش می دهد و بازیابی گرمای اتلاف مصرف انرژی کلی را کاهش می دهد. آنها با هم می توانند مصرف انرژی مراکز توان محاسباتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. علاوه بر کاهش مصرف انرژی خود سیستم خنک کننده، خنک کننده مایع صفحه سرد به کاهش بیشتر دمای تراشه کمک می کند و منجر به قابلیت اطمینان بیشتر و مصرف انرژی کمتر می شود. انتظار می رود مصرف انرژی کلی سیستم تا حدود 5 درصد کاهش یابد.

 

 

V Easy Maintenance: کابینت های سرور یکپارچه امکان تعمیر و نگهداری ساده شده خودکار و هوشمند را فراهم می کند

 

با توسعه فناوری و افزایش تقاضا، مراکز قدرت محاسباتی در مقیاس گسترده‌تر می‌شوند و محیط‌های کاربردی و سیستمی آنها پیچیده‌تر می‌شوند و به نیروی انسانی و پشتیبانی فنی بیشتری برای تضمین ثبات و امنیت نیاز دارند. کابینت های خنک کننده مایع صفحه سرد یکپارچه به دلیل مزایایی که در استقرار سریع و نگهداری راحت دارند، به طور گسترده در بازار شناخته شده اند.

 

▲ کابینت خنک کننده مایع صفحه سرد یکپارچه

 

کابینت‌های سرور خنک‌شونده مایع، تعمیر و نگهداری خودکار را با کابل‌های صفر از طریق طراحی درج کور سه شینه برای مدار آب خنک‌کننده مایع، منبع تغذیه و شبکه تبادل انجام می‌دهند، که فرآیند تعمیر و نگهداری را تا حد زیادی ساده می‌کند و خطرات خرابی را کاهش می‌دهد.

 

• پس از نصب، آزمایش و رفع اشکال در خط تولید، کابینت های سرور خنک شونده با مایع را می توان مستقیماً به مرکز داده مشتری تحویل داد و به نصب صفر در محل دست یافت و چرخه تحویل را به چند روز کاهش داد.
• خطوط لوله جانبی ثانویه از طراحی مدولار، با اجزای پیش ساخته در کارخانه استفاده می کنند، که نیاز به جوشکاری و شستشو در محل را از بین می برد، کارایی را تا 50% بهبود می بخشد و به طور قابل توجهی استقرار و فعال سازی را تسریع می بخشد.
• علاوه بر این، کابینت‌های سرور خنک‌شونده با مایع دارای تعمیر و نگهداری رباتیک، شناسایی خودکار موقعیت U سرور، یکپارچه‌سازی مدیریت شبکه شخص ثالث و مدیریت هوشمند هستند که فرآیندهای نگهداری را ساده‌تر می‌کنند و در عین حال کارایی تعمیر و نگهداری را بهبود می‌بخشند.

 

از طریق طراحی یکپارچه، تعمیر و نگهداری خودکار بدون کابل کابینت‌های سرور با مایع خنک‌کننده، تعویض کارآمد اجزا، تحویل سریع کابینت، طراحی کارآمد خط لوله، و قابلیت‌های تعمیر و نگهداری هوشمند، تعمیر و نگهداری را راحت‌تر، استقرار سریع‌تر و عملیات را کارآمدتر می‌کند و در عین حال هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. و ورودی نیروی کار این مزایا کابینت‌های سرور خنک‌شونده با مایع را به گزینه‌ای ایده‌آل برای عملکرد قابل اعتماد و توسعه آینده مراکز قدرت محاسباتی تبدیل می‌کند.

 

 

VI Easy Retrofit: مزایای عملکرد انعطاف پذیر از ارتقا و تبدیل مراکز داده قدیمی پشتیبانی می کند.

 

در مواجهه با الزامات و سیاست‌های سخت‌تر مصرف انرژی، مراکز توان محاسباتی سنتی با چالش‌های مهمی روبرو هستند. برای برآورده ساختن نیازهای حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست، اپراتورهای مرکز توان محاسباتی باید اقدامات موثری را انجام دهند. در این میان، مقاوم‌سازی هوا به مایع، با بهره‌وری اقتصادی قابل توجه، استفاده از انرژی بالا و عملکرد عالی، به مسیری امکان‌پذیر برای اپراتورهای مرکز قدرت محاسباتی تبدیل شده است تا با نیازهای مصرف انرژی فعلی و چالش‌های محیطی سازگار شوند.

 

▲ تکنولوژی خنک کننده مایع

 

با انتقال روش های خنک کننده برخی یا همه سرورها از فناوری خنک کننده هوای سنتی به فناوری خنک کننده مایع کارآمد، مراکز توان محاسباتی می توانند به طور قابل توجهی مصرف انرژی را بهبود بخشند، مقادیر PUE را کاهش دهند و در نتیجه مصرف کلی انرژی را کاهش دهند. این حرکت نه تنها به برآوردن نیازهای مصرف انرژی کمک می کند، بلکه راندمان خنک کننده سرور را افزایش می دهد، ظرفیت محاسباتی را افزایش می دهد و مشکلات مربوط به نویز فن و گردش هوا را کاهش می دهد و ثبات و قابلیت اطمینان سرورها را بهبود می بخشد.

 

• در مرحله اول، فناوری خنک کننده مایع صفحه سرد سازگاری بهتر مواد با اجزای تولید کننده گرما را ارائه می دهد. در سیستم خنک‌کننده مایع صفحه سرد، خنک‌کننده فقط از طریق خطوط لوله صفحه سرد جریان می‌یابد و مستقیماً با مادربرد سرور و اجزای مولد گرما تماس نمی‌گیرد. بنابراین نیازی به طراحی متریال خاصی برای مادربرد و قطعات مولد حرارت نیست. هنگام انتخاب مایع خنک کننده، فقط باید سازگاری آن با خط لوله گردش خون و صفحه سرد را در نظر گرفت. این باعث می‌شود که فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد انعطاف‌پذیرتر و مناسب‌تر برای تجهیزات سرورهای مختلف بدون نیاز به تغییرات سخت‌افزاری گسترده‌تر باشد.
• ثانیا، فناوری خنک کننده مایع صفحه سرد به راحتی قابل بازسازی است. این فناوری شکل اصلی مادربرد سرور را تغییر نمی‌دهد، در عوض آن را با حفظ مادربرد موجود تغییر می‌دهد. این روش اصلاح نه تنها امکان جداسازی آسان و نصب راحت را فراهم می کند، بلکه امکان سنجی بهتری را از نظر فناوری، صنعت و تولید در مقیاس بزرگ ارائه می دهد. از آنجایی که نیازی به تغییر یا تعویض عمده مادربرد نیست، نصب و نگهداری فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد ساده‌تر و راحت‌تر است و در عین حال دشواری افزایش تولید در فناوری و صنعت را کاهش می‌دهد. در مقابل، فناوری خنک‌کننده مایع غوطه‌وری معمولاً نیاز به طراحی مادربردهای تخصصی خنک‌کننده مایع دارد تا ویژگی‌های کاملاً غوطه‌ور بودن آن را در خود جای دهد، که بدون شک هزینه‌های فنی و تولید را افزایش می‌دهد.

 

با بهره‌گیری از این مزایا، فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد در کاربردهای عملی راحت‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است و آن را به فناوری ترجیحی برای ارتقاء و مقاوم‌سازی سیستم‌های خنک‌کننده هوا به مایع قدیمی در مراکز قدرت محاسباتی تبدیل می‌کند.