Onderzoek naar de ontwikkelingsstatus van server vloeistofkoeling technologie in binnen- en buitenland

Efficiënte warmteafvoer van micro-elektronica en elektrische apparatuur is altijd een van de belangrijkste toepassingen van moderne warmteoverdrachtstechnologie geweest

[1]. De integratie van elektronische verwerkingschips wordt steeds hoger, maar het volume wordt steeds kleiner. Het fabricageproces van de CPU is verplaatst van 65 nanometer naar 32 nanometer als het mainstream-tijdperk, en de GPU is het 28 nanometer-tijdperk binnengegaan, wat een hoge warmtestroom veroorzaakte. Het warmteafvoerprobleem van dichtheid

[2]. De warmteafgifte van de CPU-chip is gestegen van ongeveer 105 W/m2 van 1 Yi een paar jaar geleden naar ongeveer 106 W/m2 van 1 Yi nu

[3]. Als de warmteafvoer slecht is, zal de extreem hoge temperatuur die wordt gegenereerd niet alleen de werkstabiliteit van de chip verminderen en het foutenpercentage verhogen, maar ook overmatige thermische stress veroorzaken als gevolg van het buitensporige temperatuurverschil tussen de interne en de externe omgeving van de module , die de elektrische prestaties van de chip beïnvloedt. Werkfrequentie, mechanische sterkte en betrouwbaarheid. Onderzoek en praktische toepassingen hebben aangetoond dat het uitvalpercentage van elektronische componenten exponentieel toeneemt met de toename van de bedrijfstemperatuur

[4]. Elke keer dat de temperatuur van een enkele halfgeleidercomponent met 10 graden Celsius stijgt, neemt de betrouwbaarheid van het systeem met 50% af. Omdat hoge temperaturen een zeer schadelijk effect kunnen hebben op de prestaties van elektronische componenten, kan hoge temperatuur bijvoorbeeld de kruising van halfgeleiders in gevaar brengen, de verbindingsinterface van het circuit beschadigen, de weerstand van de geleider verhogen en mechanische spanningsschade veroorzaken, blijkt uit onderzoek dat meer dan 55% De storingsmodus van elektronische apparatuur wordt veroorzaakt door te hoge temperatuur

[5]. Sinds de geboorte van de server is de warmteafvoer van het systeem altijd gepaard gegaan met de ontwikkeling ervan en kan niet worden geëlimineerd. De meest voorkomende servers zijn afhankelijk van koude lucht om de machine te koelen. Met de ontwikkeling van supercomputers blijven chipintegratie en rekensnelheid toenemen, neemt ook het energieverbruik toe en is het probleem van warmteafvoer steeds prominenter geworden. De traditionele luchtgekoelde warmteafvoermethode is de directe warmteoverdrachtsmethode, die afhankelijk is van de convectieve warmteoverdrachtsmethode van eenfasige vloeistof en de geforceerde luchtkoelingsmethode kan alleen worden gebruikt voor elektronische apparaten met een warmtestroomdichtheid van niet meer dan 10W/cm2 en het blijkt dat de warmtestroomdichtheid groter is dan 10W/cm2. Machteloos.

In de afgelopen jaren is de ontwikkeling van binnenlandse informatisering steeds volwassener geworden en zijn er hogere eisen gesteld aan de infrastructuur van het informatiesysteem: datacentertechnologie. Voor het datacenter, aangezien de hoeveelheid data die verwerkt moet worden toeneemt, neemt ook de schaal van het datacenter toe.

Met de explosieve groei van de zakelijke vraag naar gegevensverwerking en de snelle ontwikkeling van computer- en netwerktechnologie, hebben grote ondernemingen zoals banken, verzekeringen, effecten en andere financiële sectoren, transport, medische en gezondheids- en andere grote ondernemingen en overheidsinstanties achtereenvolgens veel gegevens centra. Gedreven door de eisen van datadiensten en IT-technologie, is de bouw van datacenters in mijn land' nu een periode van snelle ontwikkeling ingegaan, en overal zijn cloud computing-centra en datacenters ontstaan.

Aangezien de huidige belangrijkste koelmethode luchtkoeling is, betekent een enorm datacenter een enorme hoeveelheid elektriciteitsrekeningen. Met de bouw van datacenters heeft het enorme energieverbruik van datacenters ook de aandacht getrokken van verschillende industrieën in de samenleving. In 2013 bedroeg het aantal datacenters in China bijvoorbeeld ongeveer 45.000 en het jaarlijkse stroomverbruik ongeveer 20 miljard kWh; naar verwachting zal in 2020 het aantal datacenters in China de 80.000 overschrijden en het jaarlijkse stroomverbruik meer dan 40 miljard. Kilowattuur (gegevensbron: ICTresearch).

Er zijn talloze grootschalige datacenters met operationele elektriciteitskosten van miljoenen of zelfs tientallen miljoenen dollars in China, en datacenters zijn stroomverslindende"bodemloze putjes geworden." De energie-efficiëntieverhouding van de huidige datacenters is niet hoog.

Dit komt omdat gerelateerde computertechnologie, stroomvoorzieningstechnologie en koeltechnologie allemaal uit de geschiedenis zijn voortgekomen. Traditioneel datacenterontwerp streeft naar prestaties, terwijl een nieuwe generatie datacenters energie-efficiëntie (PUE) moet nastreven, dat wil zeggen, datacenter-energiegebruik, onder de huidige omstandigheden's energietekort en snelle stijging van de energiekosten . Met het oog op het steeds warmer wordende mondiale klimaat, de steeds krapper wordende energie en stijgende energiekosten, staat de afdeling hoog energieverbruik van het datacenter voor grote uitdagingen bij het verminderen van het energieverbruik, het verbeteren van het gebruik van hulpbronnen en het besparen van kosten. De aandacht van steeds meer datacentermanagers en IT-leveranciers is een onvermijdelijke trend geworden bij de ontwikkeling van datacenters in de toekomst. Relevante nationale autoriteiten besteden steeds meer aandacht aan het beheer van energieverbruik in datacenters. Begin 2013 citeerde het"Ministerie van Industrie en Informatietechnologie, Commissie voor Ontwikkeling en Hervorming, Ministerie van Land en Hulpbronnen, Elektriciteitsregelgevingscommissie en Energieadministratie: leidende adviezen over de bouw en lay-out van datacenters [GG ] quot; (Ministerie van Industrie en Informatietechnologie Unicom, 2013, pagina 13) stelde zeer specifieke eisen. Het is noodzakelijk om de algemene planning van de locatie van het datacenter te bevorderen en rekening te houden met middelen en omgevingsfactoren, het intensieve gebruik van middelen te bevorderen en het niveau te verbeteren van energiebesparing en emissiereductie; relevante normen introduceren om te voldoen aan de eisen van de nieuwe generatie groene datacenters, de lay-out van koude en warme luchtstromen in de computerruimte optimaliseren en nauwkeurige luchttoevoer aannemen, maatregelen zoals snelle koeling van warmtebronnen om de bedrijfskosten te verlagen in termen van bouw van computerruimten, selectie van hoofdapparatuur, enz., om ervoor te zorgen dat de PUE-waarde van nieuw gebouwde grootschalige datacenters, dat wil zeggen de energiebenuttingsgraad van het datacenter, lager is dan 1,5, en ernaar te streven de PUE-waarde van het datacenter na de transformatie Naar hieronder 2.

Op dit moment neemt de warmtedichtheid van nieuwe rackservers en bladeservers die veel worden gebruikt in datacenters jaar na jaar toe. Traditionele airconditioningsystemen die gebruikmaken van luchtkoelingstechnologie hebben niet kunnen voldoen aan de koelingsvereisten van dergelijke computerruimten met een hoge dichtheid. De ontwerpers van datacenterinfrastructuur moeten een andere manier vinden om een ​​efficiënte en redelijke koelmodus te vinden.

Er zijn veel technische middelen om het energieverbruik van datacenters te verminderen, maar het fundamentele probleem is niet om het probleem van de bouwmethoden van datacenters op te lossen, maar om een ​​revolutie teweeg te brengen in de koelmethoden van computers en andere apparatuur. Afgaande op de laatste onderzoeksvooruitgang in binnen- en buitenland, is de ontwikkeling van een nieuwe generatie vloeistofgekoelde computers (of vloeistofgekoelde servers) en het gebruik van vloeibare koelmiddelen ter vervanging van lucht om computerverwarmingselementen te koelen een technologische revolutie in toekomstige computersystemen. apparatuur.