Kylmälevyn nestejäähdytysteknologian edut ICT-teollisuudessa

Tällä hetkellä laskentatehokeskuksissa käytettävät nestejäähdytystekniikat koostuvat pääasiassa kylmälevynestejäähdytyksestä, ruiskutusnestejäähdytyksestä ja upotusnestejäähdytyksestä.

 

Suihkenestejäähdytys vapauttaa jäähdytysväliaineen suihkeen muodossa palvelimen lämmönlähteelle, jolloin lämpö haihtuu haihduttamalla ja absorboimalla lämpöä.

 

Upotusnestejäähdytys tarkoittaa, että koko palvelin tai palvelinkomponentit upotetaan kokonaan jäähdytysnesteeseen, jolloin lämpö haihtuu suoran kosketuksen kautta. Kylmälevynestejäähdytykseen verrattuna suihkutus- ja upotusnestejäähdytysteknologiat voivat saavuttaa korkeamman jäähdytystehokkuuden erittäin suurella tehotiheydellä.

 

Suihke- ja upotusnestejäähdytystekniikat ovat kuitenkin suhteellisen monimutkaisia ​​toteuttaa ja ylläpitää, ja niihin liittyy enemmän turvallisuus- ja ympäristönäkökohtia, ja ne vaativat enemmän investointeja. Suorakosketusnestejäähdytysteknologioihin verrattuna kylmälevyjäähdytyksellä on seuraavat edut:

 

 

I Suuritiheys: Suuritiheyksisten solmujen käyttöönotto voi tehokkaasti parantaa telinekohtaista laskentakapasiteettia

 

Teknologioiden, kuten tekoälyn, big data -analyysin, virtualisoinnin ja korkean suorituskyvyn laskennan, nopean kehityksen myötä laskentatehokeskukset vaativat yhä enemmän laskentatehoa. Keskeiseksi haasteeksi on kuitenkin noussut laskennan voimakeskusten rajallinen rakennustila- ja ympäristömääräysten rajoittama kantokyky. Telinekohtaisen tehotiheyden lisäämisestä on tullut ratkaiseva tapa ratkaista tämä ongelma.

 

▲ laskentatehokeskuksia

 

Vuonna 2022 Intelin neljännen sukupolven palvelinprosessorien virrankulutus ylitti 350 wattia prosessoria kohden ja NVIDIA:n grafiikkasuorittimet yli 700 wattia yksikköä kohden, ja tekoälyklusterin laskentatiheydet olivat yleensä 50 kW per teline. Tällä hetkellä tehotiheys telinettä kohti luonnollisesti ilmajäähdytteisissä laskentatehokeskuksissa tukee tyypillisesti vain 8-10kW. Pelkästään perinteiseen ilmajäähdytystekniikkaan luottaminen ei enää pysty vastaamaan suuritiheyksisten laskentasolmujen jäähdytystarpeisiin. Siksi uusien jäähdytystekniikoiden käyttöönotosta solmujen käyttöönottotiheyden lisäämiseksi ja telinekohtaisen laskentakapasiteetin parantamiseksi on tullut erityisen tärkeää.

 

Kylmälevynestejäähdytysjärjestelmä on tehokas jäähdytystekniikka telineen tehotiheyden lisäämiseksi.

 

• Tehokas jäähdytysteho: Kylmälevyn nestejäähdytystekniikka yhdistää nestejäähdytyslevyt tiiviisti palvelinsolmuihin, poistaen suoraan lämmön ja saavuttaen tehokkaan jäähdytyksen, mikä mahdollistaa suuremman tehotiheyden.
• Pienempi jalanjälki: Tehokkaan jäähdytystehon lisäksi kylmälevyn nestejäähdytysteknologialla on myös pienempi jalanjälki. Nestejäähdytyslevyjen tiivis integrointi palvelinsolmujen kanssa säästää tilaa, jolloin laskentatehokeskukset voivat ottaa käyttöön enemmän solmuja rajoitettuun tilaan, mikä lisää laskentakapasiteetin tiheyttä entisestään.

 

 

II Korkea hyötysuhde: Nestejäähdytys lämmönlähteen puolella parantaa huomattavasti palvelimen jäähdytystehoa

 

Ilman lämmönsiirto-ominaisuuksien vuoksi ilmajäähdytystekniikan jäähdytystehokkuus on rajallinen. Ilman alhainen lämmönjohtavuus ja sen herkkyys ympäristön lämpötilan vaihteluille vaikuttavat merkittävästi ilmajäähdytysjärjestelmien jäähdytystehoon korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi ilmajäähdytysjärjestelmien jäähdytyskykyä rajoittavat myös ilmavirran nopeus ja ilmankiertoolosuhteet. Sitä vastoin nestejäähdytystekniikka, jolla on korkeampi lämmönsiirtotehokkuus ja vakaampi jäähdytysteho, on erinomainen korkean tehotiheyden ja korkean lämpötilan ympäristöissä. Siksi yhä useammat laskentatehokeskukset ovat siirtymässä nestejäähdytystekniikkaan vastatakseen laskentatehon kasvavaan kysyntään.

 

▲ Kylmälevy nestejäähdytystekniikka

 

Kylmälevynestejäähdytystekniikka korvaa ilman jäähdytysnesteellä lämmönsiirtoväliaineena ja ohjaa jäähdytysnesteen suoraan lämpöä tuottaviin sirumoduuleihin. Epäsuoran kontaktilämmönsiirron kautta sirujen tuottama lämpö johdetaan pois, mikä alentaa sirumoduulien lämpötilaa ja parantaa sekä niiden jäähdytystehokkuutta että laskentatehoa.

 

• Nesteiden ominaislämpökapasiteetti on paljon suurempi kuin kaasujen, mikä tarkoittaa, että yksikkölämpötilan muutosta kohden absorboituneen/vapautetun lämmön määrä on paljon suurempi kuin ilman, mikä parantaa merkittävästi jäähdytystehokkuutta. Esimerkiksi veden lämmönsiirtotehokkuus tilavuusyksikköä kohti on 3 500 kertaa suurempi kuin ilman, mikä vastaa tehokkaasti yhä tiheämpien palvelimien aiheuttamiin jäähdytyshaasteisiin.
• Lisäksi ilmajäähdytyksen korvaaminen nestejäähdytyksellä eliminoi puhaltimien tarpeen, mikä vähentää koko jäähdytysjärjestelmän käyttöenergian kulutusta. Yhdessä tyypillisessä solmussa, jossa 80 % CPU:sta ja muistista on peitetty kylmälevyillä, jäähdytys-PUE voidaan laskea arvoon 1,15 tai sen alle. Siksi nestejäähdytys tarjoaa suuremman jäähdytyskapasiteetin yksittäisille hakkeille verrattuna ilmajäähdytykseen.

 

 

III Korkea luotettavuus: Tieteellisesti suunnitellut skenaariot varmistavat järjestelmän luotettavan ja vakaan toiminnan

 

Nestejäähdytysjärjestelmän jäähdytysneste on yksi avaintekijöistä, jotka ylläpitävät sen normaalia toimintaa. Ammattimainen vuotojen eston suunnittelu ja toiminnan hallinta ovat ratkaisevan tärkeitä kylmälevyjen nestejäähdytysjärjestelmien vakaudelle. Vuosien kehittämisen ja parantamisen jälkeen kylmälevyn nestejäähdytystekniikan luotettavuus on varmistettu hyvin turvatoimenpiteiden, kuten vuotojen ehkäisyn suunnittelu, täydellinen vuotojen valvonta ja vianhallinta, jotka tarjoavat monikulmaisen ja kattavan vikariskin ehkäisyn varmistaen, että järjestelmän laitteet toimii turvallisessa ja vakaassa ympäristössä ja suojelee siten sekä ympäristöä että henkilöstön turvallisuutta.

 

▲ nestejäähdytysjärjestelmä

 

Kylmälevyn nestejäähdytysjärjestelmä käyttää kolmiportaista vuodonestorakennetta, joka varmistaa nollavuodot solmun, kaapin ja huoneen tasolla.

 

• Solmupohja on täysin tiivis, ja se pystyy ohjaamaan ja tyhjentämään nopeasti mahdolliset vuodot, estäen niitä vaikuttamasta muihin solmuihin.
• Kaappi on varustettu pikaliitettävillä vuodonsuihkemalleilla ja sähkömagneettisilla venttiileillä automaattista jäähdytysnesteen ohjausta varten.
• Huoneessa on kaksoissilmukkarakenne, joka varmistaa, että yksittäinen kaapin vuoto on eristetty eikä se vaikuta muiden kaappien normaaliin toimintaan.

 

Kylmälevyn nestejäähdytysjärjestelmä voi saavuttaa täyden vuodonvalvonnan. Koko kaappi on varustettu kolmitasoisilla vuotojen havaitsemistoiminnoilla, jotka antavat tarkat vuotohälytykset.

 

• Solmut käyttävät veteen upotettuja köysiholkkeja havaitsemaan vuotoja ja raportoimaan niistä BMC:lle (Board Management Controller) valvontaa ja varoitusta varten.
• Kaapinjakajat on varustettu valosähköisillä vuotoantureilla sekä veden tulo- että ulostulossa, ja RMU (Ring Main Unit) -valvontahälytykset raportoidaan verkonhallintaalustaan.
• Ilma-neste-lämmönvaihdin (nestejäähdytysovi) valvoo veden tasoa kellunta-antureilla ja hälytykset raportoidaan verkonhallintaalustaan ​​RMU:n kautta.

 

 

IV Alhainen energiankulutus: Innovatiiviset energiaa säästävät tekniikat ohjaavat vihreää ja vähähiilistä kehitystä laskentatehokeskuksissa

 

Suurina energiankuluttajina laskentatehokeskukset syöttävät vain pienen osan tehostaan ​​IT-kuormitukseen, ja pääasiallinen energiankulutus tulee jäähdytysjärjestelmästä. Kun tuulettimet ja ilmastointi vaihdetaan kylmälevynestejäähdytysteknologiaan, joka ei vaadi jatkuvaa sähkönkulutusta, laskennan tehokeskuksen kokonaisenergiankulutusta voidaan vähentää huomattavasti, mikä alentaa merkittävästi PUE-arvoa. Kylmälevynesteen jäähdytystekniikka useiden energiaa säästävien tekniikoiden, kuten kylmäjakelun, tarkan lämpötilan säädön, lämpimän veden jäähdytyksen ja hukkalämmön talteenoton, avulla vähentää merkittävästi laskentatehokeskusten virrankulutusta ja saavuttaa tehokkaan energian käytön.

 

▲ voimakeskukset

 

Kylmälevynestejäähdytystekniikka toimittaa matalan lämpötilan jäähdytysnestettä suoraan lämpöä tuottaviin komponentteihin kylmäjakeluyksikön kautta, imeen nopeasti ja tehokkaasti palvelimien tuottaman lämmön, lyhentäen tehokkaasti lämmönsiirtoreittiä ja parantaen järjestelmän jäähdytystehoa.

 

• Perinteisiin ilmajäähdytysjärjestelmiin verrattuna kylmälevy-nestejäähdytysjärjestelmät vähentävät laajalle levinneen ilmajäähdytyksen tarvetta, mahdollistavat tarkan lämpötilan hallinnan ja vähentävät merkittävästi laskentatehokeskusten jäähdytysenergian kulutusta.
• Lisäksi kylmälevynestejäähdytystekniikka käyttää lämminvesijäähdytystä, jolloin ulostuloveden lämpötila saavuttaa 55-60 asteen, mikä mahdollistaa ympärivuotisen luonnollisen jäähdytyksen. Lisäksi kun paluuveden lämpötila ylittää 55 astetta, korkea lämpölaatu mahdollistaa hukkalämmön talteenoton uudelleenkäyttöä varten. Lämpimän veden nestejäähdytys vähentää jäähdytysjärjestelmän lämmönpoistokuormitusta ja hukkalämmön talteenotto alentaa kokonaisenergiankulutusta. Yhdessä ne voivat vähentää merkittävästi laskentatehokeskusten energiankulutusta. Itse jäähdytysjärjestelmän pienentyneen energiankulutuksen lisäksi kylmälevynestejäähdytys auttaa edelleen alentamaan lastujen lämpötiloja, mikä lisää luotettavuutta ja pienentää energiankulutusta. Järjestelmän kokonaisenergiankulutuksen odotetaan laskevan noin 5 %.

 

 

V Helppo ylläpito: Integroidut palvelinkaapit mahdollistavat automaattisen ja älykkään yksinkertaistetun ylläpidon

 

Teknologian kehittyessä ja kysynnän kasvaessa laskentatehokeskukset laajenevat, ja niiden sovellus- ja järjestelmäympäristöt monimutkaistuvat, mikä vaatii enemmän työvoimaa ja teknistä tukea vakauden ja turvallisuuden takaamiseksi. Integroidut kylmälevyiset nestejäähdytyskaapit tunnetaan markkinoilla laajalti niiden eduista nopeassa käyttöönotossa ja kätevässä kunnossapidossa.

 

▲ Integroitu kylmälevy nestejäähdytyskaappi

 

Nestejäähdytteisillä palvelinkaapeilla saavutetaan automaattinen huolto nollakaapeleilla nestejäähdytysvesipiirin, virtalähteen ja vaihtoverkon kolmiväylän sokkoliitosrakenteen ansiosta, mikä yksinkertaistaa huomattavasti huoltoprosessia ja vähentää vikariskejä.

 

• Kun nestejäähdytteiset palvelinkaapit on asennettu, testattu ja virheenkorjattu tuotantolinjalla, ne voidaan toimittaa suoraan asiakkaan konesaliin, jolloin paikan päällä ei ole asennusta ja toimitusaika lyhenee muutamaan päivään.
• Toissijaiset sivuputket käyttävät modulaarista rakennetta, jossa komponentit on valmiiksi valmistettu tehtaalla, mikä eliminoi paikan päällä tehtävän hitsauksen ja huuhtelun tarpeen, parantaa tehokkuutta 50 % ja nopeuttaa merkittävästi käyttöönottoa ja aktivointia.
• Lisäksi nestejäähdytteisissä palvelinkaapeissa on robottihuolto, automaattinen palvelimen U-paikan tunnistus, kolmannen osapuolen verkkohallintaintegraatio ja älykäs hallinta, mikä yksinkertaistaa ylläpitoprosesseja ja parantaa ylläpidon tehokkuutta.

 

Integroidun suunnittelun ansiosta nestejäähdytteisten palvelinkaappien automaattinen kaapeliton huolto, tehokas komponenttien vaihto, nopea kaappitoimitus, tehokas putkilinjan suunnittelu ja älykkäät ylläpitoominaisuudet tekevät ylläpidosta helpompaa, nopeampaa käyttöönottoa ja toiminnan tehokkuutta sekä alentavat ylläpitokustannuksia ja työpanosta. Nämä edut tekevät nestejäähdytteisistä palvelinkaapeista ihanteellisen valinnan luotettavaan toimintaan ja laskentatehokeskusten tulevaan kehittämiseen.

 

 

VI Helppo jälkiasennus: Joustavat käytettävyyden edut tukevat vanhentuneiden datakeskusten päivitystä ja muuntamista

 

Energiankulutusvaatimusten ja -politiikan kiristyessä perinteiset laskentavoimakeskukset kohtaavat merkittäviä haasteita. Täyttääkseen energiansäästö- ja ympäristönsuojeluvaatimukset laskentatehokeskusten operaattorien on ryhdyttävä tehokkaisiin toimenpiteisiin. Näistä ilmasta nesteeksi -jälkiasennus, jolla on merkittävä taloudellinen hyötysuhde, korkea energiankäyttö ja erinomainen suorituskyky, on tullut laskentatehokeskusten operaattoreille toteuttamiskelpoinen tapa sopeutua nykyisiin energiankulutusvaatimuksiin ja ympäristöhaasteisiin.

 

▲ nestejäähdytystekniikka

 

Siirtämällä joidenkin tai kaikkien palvelimien jäähdytysmenetelmät perinteisestä ilmajäähdytystekniikasta tehokkaaseen nestejäähdytystekniikkaan, laskentatehokeskukset voivat parantaa merkittävästi energian käyttöä, alentaa PUE-arvoja ja siten vähentää kokonaisenergiankulutusta. Tämä siirto ei ainoastaan ​​auta täyttämään energiankulutusvaatimuksia, vaan myös lisää palvelimen jäähdytystehoa, lisää laskentakapasiteettia ja vähentää tuulettimen melua ja ilmankiertoa koskevia ongelmia, mikä parantaa palvelimien vakautta ja luotettavuutta.

 

• Ensinnäkin kylmälevynestejäähdytystekniikka tarjoaa paremman materiaaliyhteensopivuuden lämpöä tuottavien komponenttien kanssa. Kylmälevyn nestejäähdytysjärjestelmässä jäähdytysneste virtaa vain kylmälevyn putkistojen läpi, eikä se ole suoraan yhteydessä palvelimen emolevyyn ja lämpöä tuottaviin komponentteihin. Siksi emolevylle ja lämpöä tuottaville komponenteille ei tarvita erityistä materiaalisuunnittelua. Jäähdytysnestettä valittaessa on otettava huomioon vain sen yhteensopivuus kiertovesiputken ja kylmälevyn kanssa. Tämä tekee kylmälevynestejäähdytystekniikasta joustavamman ja sopivan erilaisiin palvelinlaitteisiin ilman laajoja laitteistomuutoksia.
• Toiseksi kylmälevynestejäähdytystekniikka on helppo asentaa jälkikäteen. Tämä tekniikka ei muuta palvelimen emolevyn alkuperäistä muotoa, vaan sen sijaan muuttaa sitä säilyttäen nykyisen emolevyn. Tämä muunnosmenetelmä mahdollistaa helpon purkamisen ja kätevän asennuksen, mutta tarjoaa myös paremman toteutettavuuden tekniikan, teollisuuden ja laajamittaisen tuotannon kannalta. Koska se ei vaadi suuria emolevyn muutoksia tai vaihtoja, kylmälevynestejäähdytystekniikan asennus ja huolto on yksinkertaisempaa ja kätevämpää, mutta samalla vähentää tekniikan ja teollisuuden tuotannon lisäämisen vaikeutta. Sitä vastoin upotusnestejäähdytystekniikka vaatii tyypillisesti erikoistuneiden nestejäähdytteisten emolevyjen suunnittelua täysin upotettujen ominaisuuksien mukauttamiseksi, mikä epäilemättä lisää sekä teknisiä että valmistuskustannuksia.

 

Näitä etuja hyödyntäen kylmälevynestejäähdytystekniikka on kätevämpi ja kustannustehokkaampi käytännön sovelluksissa, mikä tekee siitä suositellun tekniikan vanhojen ilma-neste-jäähdytysjärjestelmien päivittämiseen ja jälkiasennukseen laskentatehokeskuksissa.