Serverių aušinimas skysčiu: Efektyvus aušinimas duomenų centre

Efektyvios skysto aušinimo sistemos šiuolaikiniams duomenų centrams

Nuolat didėjantis šiuolaikinių serverių našumas duomenų centrams kelia didelių iššūkių, susijusių su šilumos išsklaidymu. Tradicinės aušinimo oru sistemos vis dažniau pasiekia savo galimybių ribas. Vis svarbesniu sprendimu tampa serverių aušinimas skysčiu. Šioje technologijoje panaudojamos puikios skysčių šilumos perdavimo savybės, kad būtų galima užtikrinti efektyvesnį ir galingesnį aušinimą.

Kas yra aušinimas skysčiu?

Aušinimas skysčiais - tai aušinimo procesai, kai šilumai iš serverio komponentų išsklaidyti naudojami skysčiai. Skirtingai nuo įprastinio aušinimo oru, skysčiai gali daug efektyviau sugerti ir išsklaidyti šilumą. Pavyzdžiui, vandens šilumos laidumas yra maždaug 25 kartus didesnis nei oro. Tai reiškia, kad aušinant skysčiu galima išsklaidyti gerokai didesnį šilumos kiekį, o tai ypač naudinga galingiems ir tankiai sumontuotiems serveriams.

Aušinimo skysčiu tipai

Yra įvairių serverių aušinimo skysčiu būdų, kurių kiekvienas turi skirtingų privalumų ir pritaikymo galimybių:

Tiesioginis aušinimas skysčiu

Naudojant tiesioginį aušinimą skysčiu, specialios aušinimo plokštės montuojamos tiesiai ant aušinamų komponentų, pvz., CPU ar GPU. Aušinimo skystis, paprastai vanduo arba specialus aušinimo skystis, teka per šias aušinimo plokštes, sugerdamas ir išsklaidydamas šilumą. Tada įkaitęs skystis nukreipiamas į šilumokaitį, kur vėl atšaldomas. Ši grandinė leidžia labai efektyviai ir tikslingai aušinti pagrindinius serverio šilumos šaltinius.

Panardinamasis aušinimas

Naudojant panardinamąjį aušinimą, serveriai visiškai panardinami į dielektrinę aušinimo terpę. Šis specialus skystis nelaidus elektrai, bet labai gerai sugeria šilumą. Šiluma iš visų komponentų tiesiogiai perduodama į skystį ir išsklaidoma iš sistemos per šilumokaičius. Yra du panardinamojo aušinimo variantai:

- Vienfazis panardinamasis aušinimas: aušinimo skystis visada išlieka skystas ir cirkuliuoja sistemoje.
- Dviejų fazių panardinamasis aušinimas: skystis išgaruoja ant karštų komponentų ir vėl kondensuojasi, todėl šilumos perdavimas yra ypač efektyvus.

Galinio skydelio aušintuvas

Šilumokaitis sumontuotas serverio stovo gale. Šiltas iš serverių išmetamas oras nukreipiamas per šį šilumokaitį, kur šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Šis metodas sujungia oro ir skysčio aušinimo elementus ir jį palyginti lengva integruoti į esamas duomenų centrų infrastruktūras.

Serverių aušinimo skysčiu privalumai

Serverių aušinimo skysčiu privalumai yra įvairūs ir labai prisideda prie šiuolaikinių duomenų centrų efektyvumo ir tvarumo:

• Didesnis aušinimo pajėgumas: Skysčiai gali sugerti ir išsklaidyti daug daugiau šilumos nei oras. Tai leidžia aušinti didelio našumo serverius ir labai tankiai įrengtus serverius.
• Geresnis energijos vartojimo efektyvumas: Skystojo aušinimo sistemoms paprastai reikia mažiau energijos nei panašioms oro aušinimo sistemoms. Dėl to sumažėja energijos naudojimo efektyvumas (PUE) ir duomenų centro eksploatavimo išlaidos.
• Taupo vietą: Dėl efektyvesnio aušinimo serverius galima išdėstyti tankiau, todėl duomenų centre geriau išnaudojama erdvė.
• Triukšmo mažinimas: Skysčiu aušinamos sistemos dažnai veikia tyliau nei aušinamos oru, nes reikia mažiau ventiliatorių arba jų visai nereikia.
• Tikslesnė temperatūros kontrolė: Aušinimas skysčiu leidžia tiksliau ir stabiliau valdyti temperatūrą, todėl serverio našumas ir patikimumas yra geresni.
• Galimybė rekuperuoti šilumą: Skysčio aušinimo metu susidarančios atliekinės šilumos temperatūra dažnai yra aukštesnė nei aušinant oru, todėl ją lengviau panaudoti kitiems tikslams, pavyzdžiui, pastatams šildyti.

Aušinimo skysčiu iššūkiai

Nepaisant daugybės privalumų, diegiant aušinimo skysčiu sistemas susiduriama ir su tam tikrais iššūkiais:

• Didesnės pradinės išlaidos: Skystojo aušinimo sistemų įsigijimas ir įrengimas paprastai yra brangesnis nei įprastų aušinimo oru sprendimų.
• Sudėtingumas: Skystojo aušinimo sistemos yra techniškai sudėtingesnės, joms įrengti ir prižiūrėti reikia specialių žinių.
• Galimas nutekėjimo pavojus: Nors šiuolaikinės sistemos yra labai patikimos, teoriškai egzistuoja skysčių nuotėkio rizika, dėl kurios gali būti sugadinta IT įranga.
• Suderinamumas: Ne visi serveriai pritaikyti aušinimui skysčiu, todėl gali būti ribotas techninės įrangos pasirinkimas.

Sprendimo dėl aušinimo skysčiu veiksniai

Priimdami sprendimą dėl aušinimo skysčiu ar ne, duomenų centrų vadovai turi atsižvelgti į įvairius veiksnius:

• Galios tankis: Didelio našumo skaičiavimams arba tankiai įrengtiems serveriams aušinimas skysčiu gali būti vienintelė tinkama galimybė.
• Energijos sąnaudos: Regionuose, kuriuose elektros energijos kainos didelės, investicijos į efektyvesnes aušinimo skysčiu sistemas gali atsipirkti greičiau.
• Erdvės sąlygos: Jei trūksta vietos, aušinimas skysčiu gali būti naudingas, nes galima sandariau supakuoti.
• Ilgalaikė strategija: Sprendimą naudoti aušinimą skysčiu reikėtų priimti atsižvelgiant į ilgalaikį duomenų centrų planavimą ir numatomą technologijų plėtrą.
• Aplinkosaugos aspektai: Aušinimas skysčiu gali prisidėti prie bendro energijos vartojimo efektyvumo didinimo, taigi ir prie CO2 pėdsako mažinimo.

Aušinimo skysčiu sistemų diegimas

Norint įdiegti aušinimą skysčiu, reikia kruopštaus planavimo ir pasiruošimo. Būtina atlikti šiuos veiksmus:

• Poreikių analizė: dabartinių ir būsimų aušinimo poreikių nustatymas. Tai apima tikslią šiluminių apkrovų ir planuojamos serverių plėtros analizę.
• Technologijų pasirinkimas: Sprendimas dėl tinkamiausios aušinimo skysčiu formos (tiesioginis, panardinamasis, galinės sienelės aušintuvas), atsižvelgiant į konkrečius duomenų centro reikalavimus.
• Infrastruktūros koregavimas: planuoti būtinus duomenų centro infrastruktūros pakeitimus, pavyzdžiui, vamzdžių, siurblių ir šilumokaičių įrengimą. Tai taip pat gali apimti integravimą su esamomis aušinimo sistemomis.
• Darbuotojų mokymas: techninio personalo parengimas naudoti naująją technologiją, organizuojant mokymus ir kvalifikacijos kėlimą, siekiant užtikrinti sklandų sistemų veikimą ir priežiūrą.
• Įvadas žingsnis po žingsnio: Dažnai tikslinga iš pradžių aušinimą skysčiu įdiegti ribotoje srityje, o paskui palaipsniui jį plėsti. Tai leidžia kontroliuojamai įvertinti sistemas ir pritaikyti jas prie konkrečių iššūkių.
• Stebėsena ir optimizavimas: Nuolatinis sistemos našumo ir efektyvumo stebėjimas, siekiant nustatyti optimizavimo galimybes ir pritaikyti aušinimą prie besikeičiančių sąlygų.

Aušinimo skysčiu duomenų centruose ateitis

Tikimasi, kad ateityje aušinimas skysčiu duomenų centruose bus vis svarbesnis. Šią plėtrą skatina šie veiksniai:

• Didėjantis galios tankis: Kadangi procesoriai ir kiti komponentai ir toliau miniatiūrizuojami, o jų našumas didinamas, aušinimo reikalavimai ir toliau didės. Skystinis aušinimas užtikrina reikiamą pajėgumą šiems reikalavimams patenkinti.
• Dėmesys energijos vartojimo efektyvumui: Didėjant energijos kainoms ir griežtėjant aplinkosaugos reikalavimams, energijos vartojimo efektyvumo didinimas ir toliau išliks svarbiausiu klausimu. Aušinimas skysčiu labai prisideda prie bendro energijos vartojimo efektyvumo, nes sumažina elektros energijos suvartojimą.
• Naujų aušinimo skysčių kūrimas: Tobulesnių aušinimo terpių tyrimai galėtų dar labiau padidinti skystojo aušinimo sistemų efektyvumą ir saugą. Nuolat kuriami nauji aplinkai nekenksmingi ir labai efektyvūs aušinimo skysčiai.
• Integracija į serverio dizainą: Galima tikėtis, kad serverių gamintojai vis dažniau integruos aušinimą skysčiu tiesiai į savo gaminius. Tai gali dar labiau padidinti suderinamumą ir efektyvumą bei supaprastinti diegimą.
• Standartizavimas: Technologijai vis labiau plintant, galima tikėtis ir didesnio standartizavimo, kuris supaprastins diegimą ir eksploatavimą. Standartizuoti komponentai ir sąsajos palengvins integraciją į esamas infrastruktūras.
• Naujoviškos aušinimo koncepcijos: Siekiant dar labiau padidinti duomenų centrų efektyvumą, be tradicinių metodų, toliau tiriamos ir plėtojamos naujoviškos vėsinimo koncepcijos, pavyzdžiui, atliekinės šilumos panaudojimas alternatyviems energijos šaltiniams.

Atvejų tyrimai ir praktiniai pavyzdžiai

Norint iliustruoti praktinį aušinimo skysčiu taikymą ir jo privalumus, reikėtų pabrėžti toliau pateiktus atvejų tyrimus ir praktinius pavyzdžius:

• Dideli debesijos paslaugų teikėjai: Tokios bendrovės kaip "Google" ir "Microsoft" jau naudoja aušinimą skysčiu, kad jų duomenų centrai efektyviau naudotų energiją ir sumažintų veiklos sąnaudas. Įdiegusios tiesioginio aušinimo skysčiu sistemas, jos sugebėjo gerokai sumažinti aušinimo sąnaudas.
• Finansų įstaigos: Bankai ir kitos finansų įstaigos, kurioms keliami aukšti duomenų apdorojimo ir saugumo reikalavimai, naudoja aušinimą skysčiu, kad efektyviai aušintų serverių patalpas ir užtikrintų veiklos stabilumą.
• Mokslinių tyrimų institucijos: Didelio našumo kompiuterius turinčiose įstaigose, pavyzdžiui, universitetuose ir mokslinių tyrimų centruose, taip pat naudojamas aušinimas skysčiu, kad būtų galima tvariai valdyti milžinišką jų sistemų išskiriamą šilumą.
• Pramonė 4.0 įmonės: Tinklo ir automatizuotoje pramonėje skysčio aušinimo sistemos naudojamos siekiant veiksmingai aušinti daugybę tinklo įrenginių ir serverių ir taip sumažinti prastovas.

Sąnaudų ir naudos analizė

Sprendimas dėl aušinimo skysčiu visada turėtų būti grindžiamas išsamia sąnaudų ir naudos analize. Šiuo atveju lemiamą reikšmę turi šie aspektai:

• Įsigijimo išlaidos: Skystojo aušinimo sistemų pradinių sąnaudų palyginimas su tradiciniais aušinimo oru sprendimais. Nors skysto aušinimo sistemos gali pareikalauti didesnių pradinių investicijų, jas dažnai amortizuoja ilgainiui sutaupytos eksploatacinės išlaidos.
• Veiklos sąnaudos: Išanalizuoti eksploatacines išlaidas energijai, priežiūrai ir bet kokiam remontui. Aušinimas skysčiu ilgainiui gali būti ekonomiškesnis dėl mažesnių energijos sąnaudų ir mažesnio judančių dalių skaičiaus.
• Gyvavimo ciklo sąnaudos: Atsižvelgiama į visas išlaidas per visą sistemos eksploatavimo laikotarpį, įskaitant planavimą, įrengimą, eksploatavimą ir bet kokius patobulinimus ar išplėtimus.
• Priežiūros pastangos: Reikalingos techninės priežiūros ir su ja susijusių išlaidų įvertinimas. Skystojo aušinimo sistemos gali būti sudėtingesnės ir reikalauti specialių žinių, todėl jų priežiūra gali kainuoti brangiau.
• mastelio keitimas: Patikrinkite, kaip skysto aušinimo sistema pritaikoma duomenų centrui augant. Aušinimas skysčiu dažnai užtikrina geresnį mastelio keitimą, kad atitiktų didėjančius našumo reikalavimus.

Aušinimo skysčiu poveikis aplinkai

Kitas svarbus aspektas, į kurį reikia atsižvelgti renkantis aušinimą skysčiu, yra poveikis aplinkai:

• Mažesnis energijos suvartojimas: Skystojo aušinimo sistemos yra energetiškai efektyvesnės nei aušinimo oru sistemos, todėl išmetamas mažesnis CO2 kiekis ir paliekamas mažesnis ekologinis pėdsakas.
• atsinaujinančių energijos šaltinių panaudojimas: Skystojo aušinimo sistemos generuojamą atliekinę šilumą galima naudoti kartu su atsinaujinančiaisiais energijos šaltiniais ir taip dar labiau padidinti bendrą duomenų centro energijos vartojimo efektyvumą.
• Tvarūs aušinimo skysčiai: Kuriant ir naudojant aplinkai nekenksmingus aušinimo skysčius prisidedama prie sistemų tvarumo ir sumažinama galima žala aplinkai nuotėkio atveju.
• Išteklių tausojimas: Efektyviau naudojant tokius išteklius, kaip energija ir erdvė, duomenų centrus galima tvariau eksploatuoti, o tai dar labiau sumažina ekologinį pėdsaką.

Santrauka

Serverių aušinimas skysčiu yra perspektyvi technologija, leidžianti duomenų centrams neatsilikti nuo didėjančių našumo ir efektyvumo reikalavimų. Įvairūs aušinimo skysčiu tipai siūlo lanksčius sprendimus įvairioms reikmėms ir reikšmingai prisideda prie energijos vartojimo efektyvumo didinimo ir eksploatavimo sąnaudų mažinimo. Nepaisant didesnių pradinių išlaidų ir techninio sudėtingumo, aušinimas skysčiu turi didelių privalumų, susijusių su aušinimo našumu, energijos taupymu ir tvarumu.

Daugelyje duomenų centrų, ypač tuose, kuriuose yra didelis galios tankis arba kuriuose daug dėmesio skiriama energijos vartojimo efektyvumui, skystas aušinimas ateityje vaidins pagrindinį vaidmenį. Tačiau sprendimas dėl šios technologijos visada turėtų būti pagrįstas kruopščia konkrečių duomenų centro reikalavimų ir aplinkybių analize. Nuolat kuriant naujus aušinimo skysčius, integruojant juos į serverių konstrukcijas ir standartizuojant, aušinimas skysčiu tampa vis prieinamesnis ir efektyvesnis, todėl jis tampa patraukliu pasirinkimu šiuolaikinėse IT infrastruktūrose.