Thermisch ontwerp van schakelbord voor vloeistofkoeling
Met de toename van internet, cloud computing en big data-diensten neemt het totale energieverbruik van datacenters toe en krijgt hun energie-efficiëntie ook steeds meer aandacht. Volgens datastatistieken bedraagt de gemiddelde Power Usage Efficiency (PUE)-waarde van datacenters in China 1,49, wat veel hoger is dan de eis die door de National Development and Reform Commission is voorgesteld om nieuwe grote datacenters lager te laten zijn dan 1,25. Het terugdringen van de PUE is urgent. Hoe kunnen fabrikanten van netwerkapparatuur het energieverbruik aanzienlijk verminderen en tegelijkertijd de hoge prestaties van de chips garanderen? Het koelsysteem, als sleutelfactor die zowel de prestaties als het energieverbruik beïnvloedt, is een focus geworden bij de hervorming van datacenters, en vloeistofkoelingstechnologie vervangt, vanwege zijn unieke voordelen, geleidelijk de traditionele luchtkoeling als de reguliere koeloplossing.
We ontdekten dat het gemiddelde energieverbruik van datacenters maar liefst 33% bedraagt, wat bijna een derde is van het totale energieverbruik van datacenters. Dit komt omdat het traditionele luchtgekoelde koelsysteem dat in datacenters wordt gebruikt lucht met een zeer lage specifieke warmtecapaciteit als koelmedium gebruikt, dat wordt aangedreven door ventilatoren in de apparatuur om warmte van de CPU en andere warmtebronnen over te dragen naar koellichamen weg van de IT. apparatuur. Het hergebruiken van ventilatorconvectoren of airconditioningkoeling om lucht te laten circuleren voor warmteafvoer en koeling is ook een noodzakelijke beperking van luchtkoeling. Daarom is het oplossen van de energie-efficiëntie van het koelsysteem een technologische iteratie-uitdaging geworden waarmee fabrikanten van apparatuur in de nieuwe beleidsomgeving worden geconfronteerd.
Vanuit het perspectief van de vereisten voor warmteafvoer van apparaatchips. Met de ontwikkeling van switchchips is het totale energieverbruik van een enkele chip, hoewel hoogwaardige chipprocessen (zoals 5nm) het energieverbruik van de unit effectief kunnen verminderen, naarmate de bandbreedte van de switchchip toeneemt tot 51,2 Tbps, gestegen tot ongeveer 900W. Het oplossen van het warmtedissipatieprobleem van de apparaatchip is een moeilijk punt geworden in het algehele hardwareontwerp. De koelcapaciteit van het luchtgekoelde systeem bereikt bijna zijn limiet. Hoewel luchtgekoelde koellichamen de huidige problemen met de warmteafvoer van schakelaars kunnen oplossen, zullen ze uiteindelijk ontoereikend zijn als 102,4/204,8 Tbps mainstream wordt en het stroomverbruik van chips in de toekomst toeneemt. Daarom is er een efficiëntere vloeistofkoelingstechnologie ontstaan voor de volgende generatie IT-apparatuur. In de komende 5-10 jaar is het in de sector een consensus geworden dat luchtgekoelde koeling in datacenters geleidelijk zal worden vervangen door vloeistofkoeling.
De huidige vloeistofkoelingstechnologie is hoofdzakelijk verdeeld in eenfasige vloeistofkoeling en tweefasige vloeistofkoeling. Enkelfasige vloeistofkoeling verwijst naar de koelvloeistof die tijdens het circulerende warmtedissipatieproces zijn vloeibare toestand behoudt en gemakkelijk warmte afvoert door een hoge specifieke warmtecapaciteit. Tweefasige vloeistofkoeling verwijst naar de faseverandering van het koelmiddel tijdens het circulatiewarmtedissipatieproces, waarbij het koelmiddel de warmte van de apparatuur afvoert door latente warmte met extreem hoge vergassing. Vergeleken met andere methoden heeft enkelfasige vloeistofkoeling een lagere complexiteit en is gemakkelijker te realiseren, en de warmteafvoercapaciteit is voldoende om IT-apparatuur in datacenters te ondersteunen, waardoor dit de huidige balanskeuze is.
Enkelfasige vloeistofkoeling is onderverdeeld in koude plaatvloeistofkoeling en immersievloeistofkoeling. Vloeistofkoeling met koude plaat fixeert de vloeistofkoelplaat op het hoofdverwarmingsapparaat van de apparatuur, waarbij wordt vertrouwd op de vloeistof die door de koude plaat stroomt om de warmte af te voeren en het doel van warmteafvoer te bereiken; Vloeistofkoeling onderdompeling is het proces waarbij de hele machine direct in koelvloeistof wordt ondergedompeld, waarbij wordt vertrouwd op de natuurlijke of geforceerde circulatie van de vloeistof om de warmte weg te nemen die wordt gegenereerd door de werking van apparatuur zoals servers.
De voordelen van vloeistofkoeling met koude platen zijn onder meer: minimale aanpassingen aan de totale computerruimte, waarbij alleen aanpassingen aan het rack, Cooling Distribution Units (CDU's) en het watertoevoersysteem nodig zijn. Bovendien kan koude plaatvloeistofkoeling een breder scala aan soorten koelvloeistof gebruiken en is er veel minder nodig dan immersiekoeling, wat resulteert in lagere initiële investeringskosten. Bovendien is de industrieketen voor koude plaatvloeistofkoeling volwassener en acceptabeler in de markt.
De voordelen van immersievloeistofkoeling zijn onder meer: (1) door het directe contact van het koelmiddel met de apparatuur is het vermogen om warmte af te voeren sterker en is het risico op oververhitting van het apparaat lager; (2) Voor immersieve vloeistofkoelingsapparatuur is geen ventilator nodig, wat resulteert in minder trillingen en een langere levensduur van hardwareapparatuur; (3) De temperatuur van de gekoelde watertoevoer aan de zijkant van de ondergedompelde machinekamer voor vloeistofkoeling is hoger en de buitenzijde is gemakkelijker om warmte af te voeren. Daarom wordt de locatiekeuze van de machinekamer niet langer zo beperkt door de regio en de temperatuur als in het luchtgekoelde tijdperk.
De toepassing van vloeistofkoelingstechnologie in datacenterswitches lost niet alleen hun eigen thermische problemen op, maar maakt ook een uniforme inzet met vloeistofkoelingsservers mogelijk, waardoor de uniforme constructie en werking van de datacenterinfrastructuur wordt vergemakkelijkt. Vloeistofkoeling ondersteunt de uitwisseling van nieuwe technologieën om de prestaties te maximaliseren, meer goede datacenterproducten te ontwikkelen en gezamenlijk een groene digitale economie op te bouwen.
