Vätskekylningsteknik – ett nytt sätt att spara energi och minska förbrukningen för datacenter

I en tid präglad av digital ekonomi och Internet of Things kräver beräkningen och bearbetningen av massiva data en kontinuerlig expansion av datacenters infrastrukturskala, vilket också medför problemet med en kraftig ökning av energiförbrukningen. Enligt "Research Report on the Development of Chinas" New Infrastructure " kommer globala datacenter år 2025 att stå för den största andelen av den globala energiförbrukningen, upp till 33%. I Kina har strömförbrukningen för nationella datacenter varit öka med över 12 % under åtta år i rad, och andelen elförbrukning i samhället kommer att fortsätta att öka i framtiden.

 

 

Energiförbrukningen i datacenter kommer huvudsakligen från två aspekter: strömförbrukningen för själva servrarna och den kyleffekt som krävs för serverkylning. Med förbättringen av datorkraften i datacenter är den största investeringen för nybyggda datacenter inte själva byggnaden, utan utrustningskostnaden för att säkerställa strömförsörjningen och kostnaden för att kyla datacentret. Enligt statistiken står kylsystemet i datacenter för cirka 40 % av hela datacentrets energiförbrukning.

 

 

Vätskekylningsteknik hänvisar till användningen av vätska som ett värmeöverföringsmedium för att utbyta värme mot värmekomponenter och ta bort värme, snarare än att indirekt kyla genom luft som luftkylning. Vätska har en bättre termisk konduktivitetseffekt, 25 gånger den av luft, och en snabbare och bättre temperaturöverföringseffekt. Under tiden, på grund av den stora specifika värmekapaciteten hos vätskor, ändras deras temperatur inte nämnvärt efter att ha absorberat en stor mängd värme, vilket stabiliserar CPU-temperaturen. Vätskekylningsteknik kan delas in i tre typer: spraytyp, nedsänkningstyp och kallplattatyp.

 

 

Vätskekylning av spraytyp:

Förvara vätska och öppna hål på toppen av chassit, låt kylvätskan spruta på värmeelementet i enlighet med dess position och värmegenereringsstorlek, för att uppnå syftet med kylning av utrustningen. Den sprutade vätskan kommer i direkt kontakt med den kylda anordningen, vilket resulterar i hög kylningseffektivitet; Men under sprutningsprocessen kommer vätskan att uppleva drivning och avdunstning när den möter föremål med hög temperatur. Dimdroppar och gaser kommer att släppas ut längs mellanrummen i chassithålen till utsidan av chassit, vilket orsakar en försämring av renheten i datorrumsmiljön eller påverkar annan utrustning.

 

 

Vätskekylning av nedsänkningstyp:

Elektroniska komponenter är direkt nedsänkta i en dielektrisk vätska, som placeras i en förseglad men lättillgänglig behållare, och värme överförs från de elektroniska komponenterna till vätskan. Vanligtvis används en cirkulationspump för att flöda den uppvärmda elektroniska fluoridlösningen till en värmeväxlare, där den kyls och cirkulerar tillbaka in i behållaren. Nedsänkningstyp kan delas in i två typer: enfas och tvåfas. Vid enfas nedsänkningsvätskekylning förblir den elektroniska fluorvätskan i flytande tillstånd; Vid tvåfas nedsänkningsvätskekylning förbättrar koknings- och kondensationsprocessen för elektronisk fluoreringsvätska exponentiellt vätskans värmeöverföringseffektivitet.

 

 

Kallplatta flytande kylning:

Direkt kylning av chipet genom att cirkulera flytande medium genom en pump genom en kall platta sammansatt till elektroniska komponenter för värmeavledning. Vätskor kommer inte i direkt kontakt med elektroniska apparater. Även om icke-dielektriska vätskor (som vatten/etylenglykol) vanligtvis används för direkt chipkylning, kan dielektriska elektroniska fluorerande vätskor också användas för direkta chiptillämpningar, vilket minskar läckagerelaterade risker och förbättrar hårdvaran/IT-utrustningens tillförlitlighet. Enfas- och tvåfasteknologier kan användas för att uppnå direkt spånkylning.

 

 

För närvarande har flytande kylningsteknik tillämpats och validerats i vissa inhemska och utländska datacenter. Till exempel:
Alibaba Cloud: 2018 lanserade Alibaba Cloud världens första superdatorkluster baserat på uppslukande vätskekylningsteknologi - X-Dragon Super Computing Cluster. Detta kluster använder en tvåfas nedsänkt vätskekylningslösning, helt nedsänkt servrar i fluoridlösning och uppnår effektiv värmeavledning genom kokning och kondensering av fluoridlösning. Enligt Alibaba Cloud kan detta kluster minska serverns energiförbrukning med 50 %, förbättra kylningseffektiviteten med 80 % och spara datacenterutrymme och underhållskostnader.

 

 

Tencent Cloud byggde världens första datacenter baserat på sprayvätskekylningsteknologi, Guiyang T3 Data Center, i Guizhou 2019. Datacentret antar ett sprayvätskekylningsschema, som sprejar fluoridlösning i finfördelad form ovanför servern och uppnår värmeavledning genom värmeväxling mellan fluorlösningen och luft. Enligt Tencent Cloud kan datacentret minska PUE till under 1,2, spara 30 % av datorutrymmet och förbättra serverns prestanda och tillförlitlighet.

 

 

Microsoft sänkte Project Natick, ett datacenter baserat på teknologi för nedsänkt vätskekylning, under havet i Skottland 2020. Datacentret antar ett enfas nedsänkt vätskekylningsschema, som helt sänker ner servern i ett kvävefyllt tryckkärl och använder havsvatten för värmeavledning. Enligt Microsoft är datacentret kapabelt att uppnå självförsörjande energiförsörjning och har högre tillförlitlighet och säkerhet.

 

 

Med den kontinuerliga expansionen av datacenters skala, ökande datordensitet, ökande energikostnader och ökande miljökrav, kan traditionell luftkylningsteknik inte längre möta utvecklingsbehoven hos datacenter. Vätskekylningsteknik, å andra sidan, har uppenbara fördelar såsom energibesparing och förbrukningsminskning, miljöanpassning, flexibel design, spillvärmeutnyttjande och miljövänlighet, vilket gör den till den framtida utvecklingsriktningen för kylteknik för datacenter.