Ricerca sullo stato di sviluppo della tecnologia di raffreddamento a liquido dei server in patria e all'estero

L'efficiente dissipazione del calore della microelettronica e delle apparecchiature elettriche è sempre stata una delle principali applicazioni della moderna tecnologia di trasferimento del calore

[1]. L'integrazione dei chip di elaborazione elettronica sta diventando sempre più alta, ma il volume sta diventando sempre più piccolo. Il processo di produzione della CPU è passato da 65 nanometri a 32 nanometri nell'era mainstream e la GPU è entrata nell'era a 28 nanometri, che ha causato un elevato flusso di calore. Il problema della dissipazione del calore della densità

[2]. La potenza termica del chip della CPU è aumentata da circa 105 W/m2 di 1 Yi alcuni anni fa a circa 106 W/m2 di 1 Yi ora

[3]. Se la dissipazione del calore è scarsa, la temperatura eccessivamente elevata generata non solo ridurrà la stabilità di funzionamento del chip e aumenterà il tasso di errore, ma causerà anche un eccessivo stress termico dovuto all'eccessiva differenza di temperatura tra l'ambiente interno e l'ambiente esterno del modulo , che influisce sulle prestazioni elettriche del chip. Frequenza di lavoro, resistenza meccanica e affidabilità. La ricerca e le applicazioni pratiche hanno dimostrato che il tasso di guasto dei componenti elettronici aumenta esponenzialmente con l'aumento della temperatura di esercizio

[4]. Ogni volta che la temperatura di un singolo componente semiconduttore aumenta di 10 gradi Celsius, l'affidabilità del sistema diminuirà del 50%. Poiché l'alta temperatura può avere un effetto molto dannoso sulle prestazioni dei componenti elettronici, ad esempio, l'alta temperatura può mettere in pericolo la giunzione dei semiconduttori, danneggiare l'interfaccia di connessione del circuito, aumentare la resistenza del conduttore e causare danni da stress meccanico, la ricerca mostra che oltre il 55% La modalità di guasto delle apparecchiature elettroniche è causata da una temperatura eccessiva

[5]. Da quando è nato il server, la sua dissipazione del calore del sistema è sempre stata accompagnata dal suo sviluppo e non può essere eliminata. I server più comuni si affidano all'aria fredda per raffreddare la macchina. Con lo sviluppo dei supercomputer, l'integrazione dei chip e la velocità di calcolo continuano ad aumentare, anche il consumo di energia è in aumento e il problema della dissipazione del calore è diventato sempre più importante. Il metodo tradizionale di dissipazione del calore raffreddato ad aria è il metodo di trasferimento del calore diretto, che si basa sul metodo di trasferimento del calore convettivo del fluido monofase e il metodo di raffreddamento ad aria forzata può essere utilizzato solo per dispositivi elettronici con una densità di flusso di calore non superiore a 10 W/ cm2 e sembra che la densità del flusso di calore sia maggiore di 10 W/ cm2. impotente.

Negli ultimi anni, lo sviluppo dell'informatizzazione domestica è diventato sempre più maturo e sono stati posti requisiti più elevati all'infrastruttura del sistema informativo: la tecnologia dei data center. Per il data center, poiché la quantità di dati da elaborare è in aumento, aumenta anche la scala del data center.

Con la crescita esplosiva della domanda aziendale di elaborazione dati e il rapido sviluppo della tecnologia informatica e di rete, le grandi imprese come banche, assicurazioni, titoli e altre industrie finanziarie, trasporti, medicina e salute e altre grandi imprese e agenzie governative hanno successivamente stabilito molti dati centri. Spinta dalle esigenze dei servizi dati e della tecnologia IT, la costruzione del data center del mio paese'è ora entrata in un periodo di rapido sviluppo e centri di cloud computing e data center sono sorti ovunque.

Poiché l'attuale metodo di raffreddamento principale è il raffreddamento ad aria, un enorme data center significa un'enorme quantità di bollette elettriche. Con la costruzione di data center, l'enorme consumo di energia dei data center ha anche attirato l'attenzione di vari settori della società. Ad esempio, nel 2013, il numero di data center in Cina era di circa 45.000 e il consumo energetico annuo era di circa 20 miliardi di kwh; si prevede che entro il 2020 il numero di data center in Cina supererà gli 80.000 e il consumo energetico annuo supererà i 40 miliardi. Kilowattora (fonte dati: ICTresearch).

Ci sono innumerevoli data center su larga scala con costi operativi dell'elettricità di milioni o addirittura decine di milioni di dollari in Cina, e i data center sono diventati pozzi senza fondo che consumano energia." Il rapporto di efficienza energetica degli attuali data center non è elevato.

Questo perché la tecnologia informatica correlata, la tecnologia di alimentazione e la tecnologia di raffreddamento si sono tutte evolute dalla storia. Il design del data center tradizionale persegue le prestazioni, mentre una nuova generazione di data center deve perseguire l'efficienza energetica (PUE), ovvero l'utilizzo dell'energia del data center, nelle circostanze dell'attuale carenza di energia e del rapido aumento dei costi energetici . In considerazione del clima globale sempre più caldo, dell'energia sempre più ridotta e dell'aumento dei costi energetici, il reparto ad alto consumo energetico del data center sta affrontando gravi sfide per ridurre il consumo di energia, migliorare l'utilizzo delle risorse e risparmiare sui costi. L'attenzione di un numero sempre maggiore di gestori di data center e fornitori IT è diventata una tendenza inevitabile nello sviluppo dei data center in futuro. Le autorità nazionali competenti stanno prestando sempre più attenzione al problema della gestione del consumo energetico nei data center. All'inizio del 2013, il"Ministero dell'Industria e delle Tecnologie dell'informazione, Commissione per lo sviluppo e la riforma, Ministero del territorio e delle risorse, Commissione per la regolamentazione dell'energia elettrica e Amministrazione dell'energia: pareri guida sulla costruzione e il layout dei data center [GG ] citazione; (Ministero dell'Industria e delle Tecnologie dell'Informazione Unicom, 2013, pagina 13) ha presentato requisiti molto specifici, È necessario promuovere la pianificazione complessiva della posizione del data center e considerare le risorse e i fattori ambientali, promuovere l'uso intensivo delle risorse e migliorare il livello di risparmio energetico e riduzione delle emissioni; introdurre standard pertinenti per soddisfare i requisiti della nuova generazione di data center verdi, ottimizzare la disposizione dei flussi d'aria fredda e calda nella sala computer e adottare un'alimentazione d'aria precisa, Misure come il raffreddamento rapido delle fonti di calore per ridurre i costi operativi in ​​termini di costruzione della sala computer, selezione delle apparecchiature principali, ecc., per garantire che il valore PUE dei data center su larga scala di nuova costruzione, ovvero il tasso di utilizzo dell'energia del data center, raggiunga meno di 1,5 e si sforzano di ridurre il valore PUE di il data center dopo la trasformazione Al di sotto 2.

Attualmente, la densità di calore dei nuovi server rack e blade server ampiamente utilizzati nei data center aumenta di anno in anno. I tradizionali sistemi di condizionamento dell'aria che utilizzano la tecnologia di raffreddamento ad aria non sono stati in grado di soddisfare i requisiti di raffreddamento di sale computer ad alta densità. I progettisti dell'infrastruttura del data center devono trovare un altro modo per trovare una modalità di raffreddamento efficiente e ragionevole.

Esistono molti mezzi tecnici per ridurre il consumo energetico dei data center, ma il problema fondamentale non è risolvere il problema dei metodi di costruzione dei data center, ma rivoluzionare i metodi di raffreddamento di computer e altre apparecchiature. A giudicare dagli ultimi progressi della ricerca in patria e all'estero, lo sviluppo di una nuova generazione di computer raffreddati a liquido (o server raffreddati a liquido) e l'uso di refrigeranti liquidi per sostituire l'aria per raffreddare gli elementi riscaldanti del computer è una rivoluzione tecnologica nei computer futuri attrezzatura.