Serveru dzesēšana ar šķidrumu: Efektīva dzesēšana datu centrā

Efektīvas šķidruma dzesēšanas sistēmas mūsdienīgiem datu centriem

Nepārtraukti pieaugošā moderno serveru veiktspēja rada datu centriem lielas problēmas saistībā ar siltuma izkliedi. Tradicionālās gaisa dzesēšanas sistēmas arvien vairāk sasniedz savas robežas. Serveru dzesēšana ar šķidrumu kļūst arvien svarīgāks risinājums. Šī tehnoloģija izmanto šķidrumu lieliskās siltuma pārneses īpašības, lai nodrošinātu efektīvāku un jaudīgāku dzesēšanu.

Kas ir dzesēšana ar šķidrumu?

Šķidruma dzesēšana attiecas uz dzesēšanas procesiem, kuros tiek izmantoti šķidrumi, lai izkliedētu siltumu no servera komponentiem. Atšķirībā no parastās gaisa dzesēšanas šķidrumi var daudz efektīvāk absorbēt un izkliedēt siltumu. Piemēram, ūdens siltumvadītspēja ir aptuveni 25 reizes lielāka nekā gaisa siltumvadītspēja. Tas nozīmē, ka ar šķidruma dzesēšanu var izkliedēt ievērojami lielāku siltuma daudzumu, kas ir īpaši izdevīgi jaudīgiem un blīvi apgādātiem serveriem.

Šķidrās dzesēšanas veidi

Serveru dzesēšanai ar šķidrumu ir dažādas pieejas, un katrai no tām ir atšķirīgas priekšrocības un pielietojums:

Tiešā dzesēšana ar šķidrumu

Izmantojot tiešo dzesēšanu ar šķidrumu, īpašas dzesēšanas plates tiek uzstādītas tieši uz dzesējamiem komponentiem, piemēram, CPU vai GPU. Caur šīm dzesēšanas plāksnēm plūst dzesēšanas šķidrums, parasti ūdens vai īpašs dzesēšanas šķidrums, kas absorbē un izkliedē siltumu. Uzkarsētais šķidrums tiek novadīts uz siltummaini, kur tas atkal tiek atdzesēts. Šī shēma ļauj ļoti efektīvi un mērķtiecīgi dzesēt servera galvenos siltuma avotus.

Iegremdēšanas dzesēšana

Izmantojot iegremdēšanas dzesēšanu, serveri tiek pilnībā iegremdēti dielektriskā dzesēšanas vidē. Šis īpašais šķidrums ir elektriski nevadošs, bet ļoti labi absorbē siltumu. Siltums no visiem komponentiem tiek novadīts tieši uz šķidrumu un izkliedēts no sistēmas, izmantojot siltummaiņus. Ir divi iegremdēšanas dzesēšanas varianti:

- Vienfāzes iegremdēšanas dzesēšana: dzesēšanas šķidrums vienmēr ir šķidrs un cirkulē sistēmā.
- Divfāžu iegremdēšanas dzesēšana: šķidrums iztvaiko uz karstajiem komponentiem un pēc tam atkal kondensējas, kas nodrošina īpaši efektīvu siltuma pārvadi.

Aizmugurējā paneļa dzesētājs

Servera statnes aizmugurē ir uzstādīts siltummainis. Siltais izplūdes gaiss no serveriem tiek novadīts caur šo siltummaini, kur tas nodod siltumu dzesēšanas šķidrumam. Šī metode apvieno gaisa un šķidruma dzesēšanas elementus, un to ir salīdzinoši viegli integrēt esošajās datu centru infrastruktūrās.

Serveru dzesēšanas ar šķidrumu priekšrocības

Serveru dzesēšanas ar šķidrumu priekšrocības ir daudzveidīgas, un tās ievērojami uzlabo mūsdienu datu centru efektivitāti un ilgtspēju:

• Lielāka dzesēšanas jauda: Šķidrumi var absorbēt un izkliedēt ievērojami vairāk siltuma nekā gaiss. Tas ļauj dzesēt augstas veiktspējas serverus un ļoti blīvas serveru instalācijas.
• Uzlabota energoefektivitāte: Šķidrās dzesēšanas sistēmām parasti ir nepieciešams mazāk enerģijas nekā salīdzināmām gaisa dzesēšanas sistēmām. Tādējādi samazinās enerģijas patēriņa efektivitāte (PUE) un datu centra ekspluatācijas izmaksas.
• Vietas taupīšana: Pateicoties efektīvākai dzesēšanai, serverus var izvietot blīvāk, tādējādi uzlabojot datu centra telpas izmantojumu.
• Trokšņu samazināšana: Šķidruma dzesēšanas sistēmas bieži darbojas klusāk nekā gaisa dzesēšanas sistēmas, jo ir nepieciešams mazāk ventilatoru vai to nav vispār.
• Precīzāka temperatūras kontrole: Šķidruma dzesēšana nodrošina precīzāku un stabilāku temperatūras kontroli, kas var uzlabot servera veiktspēju un uzticamību.
• Siltuma atgūšanas iespēja: Šķidrās dzesēšanas procesā radītais izplūdes siltums bieži vien ir augstākā temperatūrā nekā gaisa dzesēšanas procesā, tāpēc to var vieglāk izmantot citiem mērķiem, piemēram, ēku apsildīšanai.

Šķidrās dzesēšanas problēmas

Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, ieviešot dzesēšanas sistēmas ar šķidrumu, ir arī dažas problēmas:

• Augstākas sākotnējās izmaksas: Šķidrās dzesēšanas sistēmu iegāde un uzstādīšana parasti ir dārgāka nekā parastie gaisa dzesēšanas risinājumi.
• Sarežģītība: Šķidrās dzesēšanas sistēmas ir tehniski sarežģītākas, un to uzstādīšanai un apkopei nepieciešamas īpašas zināšanas.
• Iespējamie noplūdes riski: Lai gan modernās sistēmas ir ļoti uzticamas, pastāv teorētisks šķidruma noplūdes risks, kas var izraisīt IT iekārtu bojājumus.
• Savietojamība: Ne visi serveri ir paredzēti dzesēšanai ar šķidrumu, un tas var ierobežot aparatūras izvēli.

Šķidrās dzesēšanas lēmuma faktori

Datu centru vadītājiem, pieņemot lēmumu par vai pret dzesēšanu ar šķidrumu, jāņem vērā dažādi faktori:

• Jaudas blīvums: Augstas veiktspējas skaitļošanas iekārtām vai blīvām serveru instalācijām dzesēšana ar šķidrumu var būt vienīgā reālā iespēja.
• Enerģijas izmaksas: Reģionos ar augstām elektroenerģijas cenām ieguldījumi efektīvākās dzesēšanas sistēmās ar šķidrumu var atmaksāties ātrāk.
• Telpas apstākļi: Ja ir problēmas ar vietu, dzesēšana ar šķidrumu var būt izdevīga, jo nodrošina blīvāku iepakojumu.
• Ilgtermiņa stratēģija: Lēmums par dzesēšanu ar šķidrumu jāpieņem, ņemot vērā datu centru ilgtermiņa plānošanu un paredzamo tehnoloģiju attīstību.
• Vides aspekti: Šķidruma dzesēšana var uzlabot kopējo energoefektivitāti un tādējādi samazināt CO2 emisijas ietekmi.

Šķidrās dzesēšanas sistēmu ieviešana

Dzesēšanas ar šķidrumu ieviešana prasa rūpīgu plānošanu un sagatavošanos. Būtiski ir šādi pasākumi:

• Vajadzību analīze: Pašreizējo un nākotnes dzesēšanas prasību noteikšana. Tas ietver precīzu siltuma slodžu un plānotās serveru paplašināšanas analīzi.
• Tehnoloģiju izvēle: Pieņemt lēmumu par piemērotāko šķidruma dzesēšanas veidu (tiešais, iegremdēšanas, aizmugurējās sienas dzesētājs), pamatojoties uz datu centra īpašajām prasībām.
• Infrastruktūras pielāgojumi: nepieciešamo izmaiņu plānošana datu centra infrastruktūrā, piemēram, cauruļu, sūkņu un siltummaiņu uzstādīšana. Tas var ietvert arī integrāciju ar esošajām dzesēšanas sistēmām.
• Personāla apmācība: Tehniskā personāla sagatavošana jaunajai tehnoloģijai, izmantojot apmācību un tālākizglītību, lai nodrošinātu sistēmu netraucētu darbību un apkopi.
• Ievads soli pa solim: Bieži vien ir lietderīgi sākotnēji izmantot dzesēšanu ar šķidrumu ierobežotā apgabalā un pēc tam to pakāpeniski paplašināt. Tas ļauj kontrolēti novērtēt sistēmas un pielāgot tās konkrētām problēmām.
• Uzraudzība un optimizācija: Nepārtraukta sistēmas veiktspējas un efektivitātes uzraudzība, lai noteiktu optimizācijas potenciālu un pielāgotu dzesēšanu mainīgajiem apstākļiem.

Šķidrās dzesēšanas nākotne datu centros

Paredzams, ka šķidrajai dzesēšanai datu centros nākotnē būs arvien lielāka nozīme. Šīs attīstības virzītājspēki ir šādi:

• Enerģijas blīvuma palielināšana: Tā kā procesori un citi komponenti turpina samazināties un palielināties to veiktspēja, prasības dzesēšanai turpinās pieaugt. Šķidruma dzesēšana nodrošina nepieciešamo jaudu, lai izpildītu šīs prasības.
• Koncentrējieties uz energoefektivitāti: Ņemot vērā pieaugošās enerģijas izmaksas un stingrākus vides aizsardzības noteikumus, energoefektivitātes uzlabošana joprojām būs viens no galvenajiem jautājumiem. Šķidruma dzesēšana dod būtisku ieguldījumu kopējā energoefektivitātes uzlabošanā, samazinot elektroenerģijas patēriņu.
• Jaunu dzesēšanas šķidrumu izstrāde: Pētījumi par uzlabotiem dzesēšanas līdzekļiem varētu vēl vairāk palielināt šķidro dzesēšanas sistēmu efektivitāti un drošību. Nepārtraukti tiek izstrādāti jauni videi draudzīgi un ļoti efektīvi dzesēšanas šķidrumi.
• Integrācija servera dizainā: Paredzams, ka serveru ražotāji arvien biežāk integrēs šķidro dzesēšanu tieši savos produktos. Tas var vēl vairāk palielināt saderību un efektivitāti un vienkāršot ieviešanu.
• Standartizācija: Tehnoloģijai kļūstot plašāk izplatītai, var sagaidīt arī lielāku standartizāciju, kas vienkāršos ieviešanu un darbību. Standartizēti komponenti un saskarnes atvieglo integrāciju esošajās infrastruktūrās.
• Inovatīvas dzesēšanas koncepcijas: Papildus tradicionālajām metodēm tiek pētītas un izstrādātas inovatīvas dzesēšanas koncepcijas, piemēram, siltuma atkritumu izmantošana alternatīviem enerģijas avotiem, lai vēl vairāk palielinātu datu centru efektivitāti.

Gadījumu izpēte un praktiski piemēri

Lai ilustrētu dzesēšanas ar šķidrumu praktisko pielietojumu un priekšrocības, jāuzsver šādi piemēri un praktiski piemēri:

• Lielie mākoņpakalpojumu sniedzēji: Tādi uzņēmumi kā Google un Microsoft jau izmanto dzesēšanu ar šķidrumu, lai padarītu savus datu centrus energoefektīvākus un samazinātu ekspluatācijas izmaksas. Ieviešot tiešās dzesēšanas sistēmas ar šķidrumu, tiem ir izdevies ievērojami samazināt dzesēšanas izmaksas.
• Finanšu iestādes: Bankas un citas finanšu iestādes ar augstām datu apstrādes un drošības prasībām izmanto dzesēšanu ar šķidrumu, lai efektīvi dzesētu serveru telpas un nodrošinātu darbības stabilitāti.
• Pētniecības iestādes: Lai ilgtspējīgi pārvaldītu milzīgo siltuma emisiju, ko rada sistēmas, arī augstas veiktspējas datori, piemēram, universitātēs un pētniecības centros, tiek izmantota dzesēšana ar šķidrumu.
• Industry 4.0 uzņēmumi: Tīkla un automatizētajā rūpniecībā tiek izmantotas šķidruma dzesēšanas sistēmas, lai efektīvi dzesētu lielu skaitu tīkla ierīču un serveru un tādējādi līdz minimumam samazinātu dīkstāves laiku.

Izmaksu un ieguvumu analīze

Lēmums par labu dzesēšanai ar šķidrumu vienmēr jāpieņem, pamatojoties uz detalizētu izmaksu un ieguvumu analīzi. Izšķirošie ir šādi aspekti:

• Iegādes izmaksas: Šķidrās dzesēšanas sistēmu sākotnējo izmaksu salīdzinājums ar tradicionālajiem gaisa dzesēšanas risinājumiem. Lai gan šķidruma dzesēšanai var būt nepieciešami lielāki sākotnējie ieguldījumi, tos bieži vien amortizē ilgtermiņa ekspluatācijas izmaksu ietaupījumi.
• Darbības izmaksas: Enerģijas, uzturēšanas un remonta ekspluatācijas izmaksu analīze. Šķidruma dzesēšana ilgtermiņā var būt rentablāka, jo ir mazāks enerģijas patēriņš un mazāk kustīgo daļu.
• Dzīves cikla izmaksas: Kopējo izmaksu ņemšana vērā visā sistēmas kalpošanas laikā, ieskaitot plānošanu, uzstādīšanu, ekspluatāciju un jebkādus uzlabojumus vai paplašinājumus.
• Uzturēšanas darbi: Nepieciešamās uzturēšanas un ar to saistīto izmaksu novērtējums. Šķidrās dzesēšanas sistēmas var būt sarežģītākas, un tām nepieciešamas speciālas zināšanas, kas var palielināt uzturēšanas izmaksas.
• mērogojamība: Pārbaudiet, cik labi šķidrā dzesēšanas sistēma pielāgojas datu centra izaugsmei. Šķidrā dzesēšana bieži vien nodrošina labāku mērogojamību, lai apmierinātu pieaugošās veiktspējas prasības.

Šķidrās dzesēšanas ietekme uz vidi

Vēl viens svarīgs aspekts, kas jāņem vērā, pieņemot lēmumu par labu dzesēšanai ar šķidrumu, ir ietekme uz vidi:

• Samazināts enerģijas patēriņš: Šķidrās dzesēšanas sistēmas ir energoefektīvākas nekā gaisa dzesēšanas sistēmas, tādējādi radot mazāku CO2 ietekmi un mazāku ekoloģisko ietekmi.
• Atjaunojamo energoresursu izmantošana: Šķidrās dzesēšanas sistēmas radīto izplūdes siltumu var izmantot kopā ar atjaunojamiem enerģijas avotiem, lai vēl vairāk palielinātu datu centra kopējo energoefektivitāti.
• Ilgtspējīgi dzesēšanas šķidrumi: Videi draudzīgu dzesēšanas šķidrumu izstrāde un izmantošana veicina sistēmu ilgtspēju un samazina iespējamo kaitējumu videi noplūdes gadījumā.
• Resursu saglabāšana: Efektīvāk izmantojot tādus resursus kā enerģija un telpa, datu centrus var ekspluatēt ilgtspējīgāk, tādējādi vēl vairāk samazinot ekoloģisko ietekmi.

Kopsavilkums

Serveru dzesēšana ar šķidrumu ir daudzsološa tehnoloģija, kas ļauj datu centriem neatpalikt no augošajām prasībām attiecībā uz veiktspēju un efektivitāti. Dažāda veida šķidrā dzesēšana piedāvā elastīgus risinājumus dažādiem lietojumiem un būtiski palīdz uzlabot energoefektivitāti un samazināt ekspluatācijas izmaksas. Neraugoties uz lielākām sākotnējām izmaksām un tehnisko sarežģītību, šķidrā dzesēšana sniedz būtiskas priekšrocības dzesēšanas veiktspējas, enerģijas ietaupījuma un ilgtspējas ziņā.

Daudzos datu centros, jo īpaši tajos, kuros ir liels jaudas blīvums vai kuros galvenā uzmanība tiek pievērsta energoefektivitātei, šķidrajai dzesēšanai nākotnē būs galvenā nozīme. Tomēr lēmums par vai pret šo tehnoloģiju vienmēr jāpieņem, rūpīgi analizējot konkrētā datu centra konkrētās prasības un apstākļus. Līdz ar jaunu dzesēšanas šķidrumu izstrādi, integrēšanu serveru konstrukcijās un standartizāciju šķidrā dzesēšana kļūst arvien pieejamāka un efektīvāka, padarot to par pievilcīgu risinājumu mūsdienu IT infrastruktūrām.