Væskekjølingsteknologi – en ny måte å spare energi og redusere forbruket for datasentre

I en tid med digital økonomi og tingenes internett krever beregning og behandling av massive data en kontinuerlig utvidelse av infrastrukturskalaen til datasentre, noe som også fører til problemet med en kraftig økning i energiforbruket. I følge "Research Report on the Development of Chinas" New Infrastructure " vil globale datasentre innen 2025 stå for den største andelen av det globale energiforbruket, opptil 33%. I Kina har strømforbruket til nasjonale datasentre vært øker med over 12 % i åtte sammenhengende år, og andelen strømforbruk i samfunnet vil fortsette å øke i fremtiden.

 

 

Energiforbruket til datasentre kommer hovedsakelig fra to aspekter: strømforbruket til selve serverne, og kjølekraften som kreves for serverkjøling. Med forbedring av datakraft i datasentre er den største investeringen for nybygde datasentre ikke selve bygningen, men utstyrskostnaden for å sikre strømforsyning og kostnaden for å kjøle datasenteret. Ifølge statistikken står kjølesystemet i datasentre for ca 40 % av energiforbruket til hele datasenteret.

 

 

Væskekjølingsteknologi refererer til bruken av væske som et varmeoverføringsmedium for å bytte varme mot varmekomponenter og ta bort varme, i stedet for indirekte kjøling gjennom luft som luftkjøling. Væske har en bedre termisk konduktivitetseffekt, 25 ganger luftens, og en raskere og bedre temperaturoverføringseffekt. I mellomtiden, på grunn av den store spesifikke varmekapasiteten til væsker, endres ikke temperaturen nevneverdig etter å ha absorbert en stor mengde varme, og stabiliserer dermed CPU-temperaturen. Væskekjølingsteknologi kan deles inn i tre typer: spraytype, nedsenkingstype og kaldplatetype.

 

 

Spray type væskekjøling:

Oppbevar væske og åpne hull på toppen av chassiset, slik at kjølevæsken kan sprøyte på varmeelementet i henhold til dets plassering og varmegenereringsstørrelse, for å oppnå formålet med utstyrskjøling. Den sprayede væsken kommer i direkte kontakt med den avkjølte enheten, noe som resulterer i høy kjøleeffektivitet; Imidlertid vil væsken under sprøyteprosessen oppleve drift og fordampning når den møter gjenstander med høy temperatur. Tåkedråper og gasser vil slippes ut langs hullene i chassishullene til utsiden av chassiset, noe som forårsaker en reduksjon i renheten i datarommiljøet eller påvirker annet utstyr.

 

 

Nedsenkingstype væskekjøling:

Elektroniske komponenter er direkte nedsenket i en dielektrisk væske, som plasseres i en forseglet, men lett tilgjengelig beholder, og varme overføres fra de elektroniske komponentene til væsken. Vanligvis brukes en sirkulasjonspumpe til å strømme den oppvarmede elektroniske fluorløsningen til en varmeveksler, hvor den avkjøles og sirkulerer tilbake i beholderen. Nedsenkingstype kan deles inn i to typer: enfase og tofase. I enfase nedsenkingsvæskekjøling forblir den elektroniske fluorvæsken i flytende tilstand; I to-fase nedsenkingsvæskekjøling forbedrer koke- og kondenseringsprosessen til elektronisk fluoreringsvæske eksponentielt varmeoverføringseffektiviteten til væsken.

 

 

Væskekjøling av kald plate:

Direkte avkjøling av brikken ved å sirkulere flytende medium gjennom en pumpe gjennom en kald plate satt sammen til elektroniske komponenter for varmeavledning. Væsker kommer ikke i direkte kontakt med elektroniske enheter. Selv om ikke-dielektriske væsker (som vann/etylenglykol) ofte brukes til direkte brikkekjøling, kan dielektriske elektroniske fluorerende væsker også brukes til direkte brikkeapplikasjoner, redusere lekkasjerelaterte risikoer og forbedre maskinvare/IT-utstyrets pålitelighet. Enfase- og tofaseteknologier kan brukes for å oppnå direkte brikkekjøling.

 

 

For tiden har væskekjølingsteknologi blitt brukt og validert i noen innenlandske og utenlandske datasentre. For eksempel:
Alibaba Cloud: I 2018 lanserte Alibaba Cloud verdens første superdataklynge basert på oppslukende væskekjølingsteknologi – X-Dragon Super Computing Cluster. Denne klyngen tar i bruk en to-fase nedsenkingsvæskekjøleløsning, fullstendig nedsenking av servere i fluoridløsning og oppnår effektiv varmespredning gjennom koking og kondensering av fluoridløsning. I følge Alibaba Cloud kan denne klyngen redusere serverens strømforbruk med 50 %, forbedre kjøleeffektiviteten med 80 % og spare datasenterplass og vedlikeholdskostnader.

 

 

Tencent Cloud bygde verdens første datasenter basert på sprayvæskekjølingsteknologi, Guiyang T3 Data Center, i Guizhou i 2019. Datasenteret tar i bruk et sprayvæskekjøleskjema, som sprayer fluoridløsning i en atomisert form over serveren og oppnår varmespredning gjennom varmeveksling mellom fluorløsningen og luft. Ifølge Tencent Cloud kan datasenteret redusere PUE til under 1,2, spare 30 % av datarommet og forbedre serverytelsen og påliteligheten.

 

 

Microsoft senket Project Natick, et datasenter basert på nedsenket væskekjølingsteknologi, under havet i Skottland i 2020. Datasenteret tar i bruk en enfaset nedsenkingsvæskekjøling som senker serveren fullstendig ned i en nitrogenfylt trykkbeholder og bruker sjøvann for varmeavledning. Ifølge Microsoft er datasenteret i stand til å oppnå selvforsynt energiforsyning og har høyere pålitelighet og sikkerhet.

 

 

Med den kontinuerlige utvidelsen av datasenterskalaen, økende datatetthet, økende energikostnader og økende miljøkrav, er tradisjonell luftkjølingsteknologi ikke lenger i stand til å møte utviklingsbehovene til datasentre. Væskekjølingsteknologi har derimot åpenbare fordeler som energisparing og forbruksreduksjon, miljøtilpasning, fleksibel design, spillvarmeutnyttelse og miljøvennlighet, noe som gjør den til den fremtidige utviklingsretningen for datasenterkjøleteknologi.