Tecnologia di raffreddamento a liquido: un nuovo modo per risparmiare energia e ridurre i consumi per i data center
Nell’era dell’economia digitale e dell’Internet delle cose, il calcolo e l’elaborazione di enormi quantità di dati richiedono la continua espansione della scala infrastrutturale dei data center, il che comporta anche il problema di un forte aumento del consumo energetico. Secondo il “Rapporto di ricerca sullo sviluppo delle” nuove infrastrutture “della Cina, entro il 2025 i data center globali rappresenteranno la quota maggiore del consumo energetico globale, fino al 33%. In Cina, il consumo energetico dei data center nazionali è stato aumentando ad un tasso di oltre il 12% per otto anni consecutivi, e la percentuale del consumo di elettricità nella società continuerà ad aumentare in futuro.
Il consumo energetico dei data center deriva principalmente da due aspetti: il consumo energetico dei server stessi e la potenza di raffreddamento richiesta per il raffreddamento dei server. Con il miglioramento della potenza di calcolo nei data center, l'investimento più grande per i data center di nuova costruzione non è l'edificio in sé, ma il costo delle apparecchiature per garantire l'alimentazione e il costo del raffreddamento del data center. Secondo le statistiche, il sistema di refrigerazione nei data center rappresenta circa il 40% del consumo energetico dell'intero data center.
La tecnologia di raffreddamento a liquido si riferisce all'uso del liquido come mezzo di trasferimento del calore per scambiare calore per i componenti di riscaldamento e rimuovere calore, anziché raffreddare indirettamente attraverso l'aria come il raffreddamento ad aria. Il liquido ha un effetto di conduttività termica migliore, 25 volte quello dell'aria, e un effetto di trasferimento della temperatura migliore e più rapido. Nel frattempo, a causa della grande capacità termica specifica dei liquidi, la loro temperatura non cambia in modo significativo dopo aver assorbito una grande quantità di calore, stabilizzando così la temperatura della CPU. La tecnologia di raffreddamento a liquido può essere suddivisa in tre tipi: tipo a spruzzo, tipo a immersione e tipo a piastra fredda.
Raffreddamento a liquido a spruzzo:
Conservare il liquido e aprire i fori sulla parte superiore del telaio, consentendo al liquido di raffreddamento di spruzzare sull'elemento riscaldante in base alla sua posizione e alle dimensioni della generazione di calore, raggiungendo lo scopo del raffreddamento dell'apparecchiatura. Il liquido spruzzato entra in contatto diretto con il dispositivo raffreddato, garantendo un'elevata efficienza di raffreddamento; Tuttavia, durante il processo di spruzzatura, il liquido subirà deriva ed evaporazione quando incontra oggetti ad alta temperatura. Goccioline di nebbia e gas verranno emessi lungo gli spazi vuoti nei fori del telaio verso l'esterno del telaio, causando una diminuzione della pulizia dell'ambiente della sala computer o influenzando altre apparecchiature.
Raffreddamento a liquido di tipo ad immersione:
I componenti elettronici vengono immersi direttamente in un liquido dielettrico, posto in un contenitore sigillato ma facilmente accessibile, e il calore viene trasferito dai componenti elettronici al liquido. Di solito, viene utilizzata una pompa di circolazione per far fluire la soluzione elettronica riscaldata di fluoruro verso uno scambiatore di calore, dove si raffredda e ricircola nel contenitore. Il tipo ad immersione può essere suddiviso in due tipologie: monofase e bifase. Nel raffreddamento a liquido ad immersione monofase, il liquido del fluoro elettronico rimane allo stato liquido; Nel raffreddamento a liquido ad immersione bifase, il processo di ebollizione e condensazione del liquido di fluorurazione elettronica migliora esponenzialmente l'efficienza di trasferimento del calore del liquido.
Raffreddamento a liquido della piastra fredda:
Raffreddamento diretto del chip facendo circolare un mezzo liquido attraverso una pompa attraverso una piastra fredda assemblata in componenti elettronici per la dissipazione del calore. I liquidi non entrano in contatto diretto con i dispositivi elettronici. Sebbene i liquidi non dielettrici (come acqua/glicole etilenico) siano comunemente utilizzati per il raffreddamento diretto dei chip, i liquidi fluoruranti elettronici dielettrici possono essere utilizzati anche per applicazioni dirette sui chip, riducendo i rischi legati alle perdite e migliorando l'affidabilità delle apparecchiature hardware/IT. Le tecnologie monofase e bifase possono essere utilizzate per ottenere il raffreddamento diretto dei trucioli.
Allo stato attuale, la tecnologia di raffreddamento a liquido è stata applicata e convalidata in alcuni data center nazionali ed esteri. Per esempio:
Alibaba Cloud: nel 2018, Alibaba Cloud ha lanciato il primo cluster di supercalcolo al mondo basato sulla tecnologia immersiva di raffreddamento a liquido: X-Dragon Super Computing Cluster. Questo cluster adotta una soluzione di raffreddamento a liquido a immersione bifase, immergendo completamente i server nella soluzione di fluoro e ottenendo un'efficiente dissipazione del calore attraverso l'ebollizione e la condensazione della soluzione di fluoro. Secondo Alibaba Cloud, questo cluster può ridurre il consumo energetico del server del 50%, migliorare l’efficienza di raffreddamento dell’80% e risparmiare spazio nel data center e costi di manutenzione.
Tencent Cloud ha costruito il primo data center al mondo basato sulla tecnologia di raffreddamento a liquido spray, il Guiyang T3 Data Center, a Guizhou nel 2019. Il data center adotta uno schema di raffreddamento a liquido spray, che spruzza una soluzione di fluoro in forma atomizzata sopra il server e ottiene la dissipazione del calore attraverso lo scambio di calore tra la soluzione di fluoro e l'aria. Secondo Tencent Cloud, il data center può ridurre il PUE al di sotto di 1,2, risparmiare il 30% di spazio nella sala computer e migliorare le prestazioni e l'affidabilità del server.
Microsoft ha affondato Project Natick, un data center basato sulla tecnologia di raffreddamento a liquido sommerso, sotto il mare in Scozia nel 2020. Il data center adotta uno schema di raffreddamento a liquido a immersione monofase, immergendo completamente il server in un recipiente a pressione riempito di azoto e utilizzando acqua di mare per dissipazione del calore. Secondo Microsoft, il data center è in grado di garantire un approvvigionamento energetico autosufficiente e dispone di maggiore affidabilità e sicurezza.
Con la continua espansione delle dimensioni dei data center, l'aumento della densità di calcolo, l'aumento dei costi energetici e i crescenti requisiti ambientali, la tradizionale tecnologia di raffreddamento ad aria non è più in grado di soddisfare le esigenze di sviluppo dei data center. La tecnologia di raffreddamento a liquido, d'altra parte, presenta evidenti vantaggi come il risparmio energetico e la riduzione dei consumi, l'adattabilità ambientale, la progettazione flessibile, l'utilizzo del calore di scarto e il rispetto dell'ambiente, rendendola la futura direzione di sviluppo della tecnologia di raffreddamento dei data center.
