Come funziona l'applicazione di raffreddamento a liquido in Switchboard

Con l’aumento di Internet, del cloud computing e dei servizi Big Data, il consumo energetico totale dei data center è in aumento e anche la loro efficienza energetica riceve sempre più attenzione. Secondo le statistiche dei dati, il valore medio di efficienza di utilizzo dell'energia (PUE) dei data center in Cina è 1,49, che è molto più alto del requisito proposto dalla Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma per i nuovi data center di grandi dimensioni che sia inferiore a 1,25. Ridurre il PUE è urgente, come possono i produttori di apparecchiature di rete ridurre significativamente il consumo di energia garantendo al contempo elevate prestazioni dei chip? Il sistema di raffreddamento, in quanto fattore chiave che incide sia sulle prestazioni che sul consumo energetico, è diventato il fulcro della riforma dei data center e la tecnologia di raffreddamento a liquido, grazie ai suoi vantaggi unici, sta gradualmente sostituendo il tradizionale raffreddamento ad aria come soluzione di raffreddamento tradizionale.

Abbiamo scoperto che il consumo energetico medio dei data center raggiunge il 33%, ovvero quasi un terzo del consumo energetico totale dei data center. Questo perché il tradizionale sistema di raffreddamento ad aria utilizzato nei data center utilizza come mezzo di raffreddamento aria con capacità termica specifica molto bassa, che viene azionata dalle ventole all'interno dell'apparecchiatura per trasferire il calore dalla CPU e da altre fonti di calore ai dissipatori di calore lontano dall'IT. apparecchiature, anche il riutilizzo di scambiatori di calore fan coil o di refrigerazione dell'aria condizionata per far circolare l'aria per la dissipazione del calore e il raffreddamento è una limitazione necessaria del raffreddamento dell'aria. Pertanto, come risolvere l’efficienza energetica del sistema di raffreddamento è diventata una sfida di iterazione tecnologica affrontata dai produttori di apparecchiature nel nuovo contesto politico.

Dal punto di vista dei requisiti di dissipazione del calore del chip del dispositivo. Con lo sviluppo dei chip switch, sebbene i processi dei chip ad alte prestazioni (come 5 nm) possano effettivamente ridurre il consumo energetico unitario di calcolo, poiché la larghezza di banda del chip switch aumenta a 51,2 Tbps, il consumo energetico totale di un singolo chip è aumentato a circa 900W. Come risolvere il problema della dissipazione del calore del chip del dispositivo è diventato un punto difficile nella progettazione complessiva dell'hardware. La capacità di raffreddamento del sistema raffreddato ad aria sta per raggiungere il limite. Anche se i dissipatori di calore raffreddati ad aria possono risolvere gli attuali problemi di dissipazione del calore degli switch, alla fine saranno inadeguati quando 102,4/204,8 Tbps diventeranno mainstream e il consumo energetico dei chip aumenterà in futuro. Pertanto, è emersa una tecnologia di raffreddamento a liquido più efficiente per la prossima generazione di apparecchiature IT. Nei prossimi 5-10 anni, nel settore è ormai opinione diffusa che il raffreddamento ad aria nei data center verrà gradualmente sostituito dal raffreddamento a liquido.

L'attuale tecnologia di raffreddamento a liquido è principalmente suddivisa in raffreddamento a liquido monofase e raffreddamento a liquido bifase. Il raffreddamento a liquido monofase si riferisce al liquido di raffreddamento che mantiene il suo stato liquido durante tutto il processo di dissipazione del calore circolante e rimuove facilmente il calore grazie all'elevata capacità termica specifica. Il raffreddamento a liquido bifase si riferisce al cambiamento di fase del liquido di raffreddamento durante il processo di dissipazione del calore di circolazione, in cui il liquido di raffreddamento trasporta il calore dell'apparecchiatura attraverso un calore latente di gassificazione estremamente elevato. Rispetto ad altri metodi, il raffreddamento a liquido monofase ha una complessità inferiore ed è più facile da ottenere, e la sua capacità di dissipazione del calore è sufficiente per supportare le apparecchiature IT nei data center, rendendolo l'attuale scelta di equilibrio.

Il raffreddamento a liquido monofase è suddiviso in raffreddamento a liquido con piastra fredda e raffreddamento a liquido ad immersione. Il raffreddamento a liquido della piastra fredda fissa la piastra di raffreddamento del liquido sul dispositivo di riscaldamento principale dell'apparecchiatura, facendo affidamento sul liquido che scorre attraverso la piastra fredda per portare via il calore e raggiungere lo scopo di dissipazione del calore; Il raffreddamento a liquido per immersione è il processo di immersione diretta dell'intera macchina nel liquido di raffreddamento, facendo affidamento sulla circolazione naturale o forzata del liquido per eliminare il calore generato dal funzionamento di apparecchiature come i server.

I vantaggi del raffreddamento a liquido con piastra fredda includono: modifiche minime all'intera sala computer, che richiedono solo modifiche al rack, alle unità di distribuzione del raffreddamento (CDU) e al sistema di approvvigionamento idrico. Inoltre, il raffreddamento a liquido con piastra fredda può utilizzare una gamma più ampia di tipi di refrigerante e richiede molto meno del raffreddamento a immersione, con conseguente riduzione dei costi di investimento iniziale. Inoltre, la catena industriale del raffreddamento a liquido a piastre fredde è più matura e più accettabile sul mercato.

I vantaggi del raffreddamento a liquido per immersione includono: (1) grazie al contatto diretto del liquido di raffreddamento con l'apparecchiatura, la capacità di dissipazione del calore è maggiore e il rischio di surriscaldamento del dispositivo è inferiore; (2) Le apparecchiature di raffreddamento a liquido immersivo non richiedono una ventola, con conseguente riduzione delle vibrazioni e maggiore durata delle apparecchiature hardware; (3) La temperatura della fornitura di acqua refrigerata sul lato della sala macchine di raffreddamento a liquido immerso è più elevata e il lato esterno è più facile da dissipare il calore. Pertanto, la scelta del luogo in cui collocare la sala macchine non è più limitata dalla regione e dalla temperatura come nell'era del raffreddamento ad aria.

L'applicazione della tecnologia di raffreddamento a liquido negli switch dei data center non solo risolve i relativi problemi termici, ma consente anche l'implementazione unificata con server di raffreddamento a liquido, facilitando la costruzione e il funzionamento unificati dell'infrastruttura del data center. Il raffreddamento a liquido supporta lo scambio di nuove tecnologie per massimizzare le prestazioni, sviluppare prodotti per data center più validi e costruire congiuntamente un’economia digitale verde.