Nie ma ucieczki od chłodzenia wodą
Ta technologia wypiera z serwerowni tradycyjne klimatyzatory

Chłodzenie płynami inżynieryjnymi, zwane popularnie chłodzeniem wodnym, to technologia znana od lat 60tych. W tej chwili, wraz ze wzrostem wydajności i energii cieplnej generowanej przez nowe procesory, technologia chłodzenia wodnego stanowi najlepszy sposób chłodzenia środowisk w serwerowniach i kolokatorniach.

Stosowana jest powszechnie w serwerowniach cloud i środowiskach HPC High Performance Computing oraz Technical Computing. Dsotarczamy systemy chłodzenia wodnego, które można zastosować w dowolnym rozwiązaniu: od gęstej zabudowy serwerowej, po serwery z kartami GPU, przełączniki sieciowe i inne systemy elektroniczne.

Stosujemy chłodzenie wodą w trzech technologiach

W DLC ciepło odbierane jest przez specjalne bloki wodne które zastępują tradycyjne radiatory. W ten sposób możemy odbierać ciepło bezpośrednio z procesorów, akceleratorów GPU, modułów pamięci, regulatorów napięcia (VRM), innych chipów lub komponentów.

Płyn transportowany jest do wymiennika ciepła, a następnie do freecolera. Płyn trafia do freecolera lub jest odzyskiwany do instalacji budynkowej. Taki system można zastosować na każdym serwerze dowolnego producenta. Jest łatwy w instalacji i rozbudowie i bezpieczny, ze względu na przewymiarowanie komponentów pod względem wytrzymałości i zastosowanie nieprzewodzącego płynu inżynieryjnego dielectric fluid. Zapewnia najwyższą wydajność procesorów Intel Xeon.

Systemy chłodzenia w technologii pełnej imersji stosowane są tam, gdzie w sposób pasywny chcemy odebrać 100% energii cieplnej w datacenter. Możemy ją stosować do tradycyjnych serwerów pomimo, że wymaga to rezygnacji ze standardowych racków.

Pełne zanurzenie to przede wszystkim metoda chłodzenia bardzo gęstych układów FPGA / ASIC, ponieważ całkowicie eliminuje powietrze z zanieczyszczeniami z obiegu. Dodatkowo usuwa 99% ciepła w sposób pasywny. Zamknięte w płynie komponenty są dodatkowo chronione przed wstrząsami, dlatego taki system jest wykorzystywany w rozwiązaniach wojskowych.

Tego typu rozwiązania są popularne w farmach obliczeniowych, takich jak farmy bitcoin, ale także dla systemów, gdzie duża ilość małych chipów potrzebna jest do modelowania obliczeń, np.: modelowanie związków chemicznych.

Jest to bardzo wygodne rozwiązanie pozwalające na eliminację hotspotów w serwerowni. Instalowane na tylnych drzwiach szafy rack wymienniki przechwytują 100% ciepła emitowanego przez urządzenia. Ich zaletą jest możliwość zastosowania tam, gdzie DLC byłoby nieekonomiczne, czyli np.: systemy storage, szafy z urządzeniami sieciowymi, szafy z serwerami webowymi. Zastępują tradycyjne jednostki chłodzące InRow i ponieważ są pasywne pobierają około 90% mniej prądu.

Minusem rozwiązania jest to, że wymienniki nie wpływają na wydajność procesorów tak jak DLC i nie zwiększają wydajności systemu. Wymagają również chłodnej wody, więc nie można stosować wody gorącej o temperaturze 30-40 stopni tak jak w DLC.

Wymienniki pozwalają na pięciokrotne zagęszczenie zabudowy szafy rack, można je zainstalować na każdym stelażu rack, są proste w instalacji i oszczędzają wydatki na tradycyjne jednostki chłodzące w serwerowni.

Podstawowe komponenty chłodzenia wodnego

Fluid / Cooling Distribution Unit

Centralne urządzenie sytemu chłodzenia wodnego, które jest w pełni redundantne lub nadmiarowe.

Zarządza i reguluje przepływ płynu chłodzącego w obiegu wtórnym (pomiędzy serwerami i wymiennikiem) i pierwotnym (pomiędzy wymiennikiem i freecolerem). Automatycznie dopasowuje wszystkie parametry do obciążenia i temperatury chłodzonych urządzeń  – przepływ, ciśnienie, ilość płynu w obiegu.

Takie urządzenie może obsługiwać jedną szafę i zajmować 2-3U, albo obsługiwać kilkanaście szaf. Urządzenia FDU mogą być zlokalizowane poza podłogą techniczną serwerowni, tak by nie dopuszczać obiegu wodnego do przestrzeni gdzie znajdują się serwery.

Manifoldy / kolektory

Instalowane są w szafie i zapewniają dystrybucję cieczy chłodzącej pomiędzy wymiennikami ciepła a modułami serwerowymi. Manifoldy dają możliwość podłączenia kilkudziesięciu serwerów za pomocą niekapiących szybkozłączek no-spill, dry break, quick-connect. Takie rozwiązanie pozwala na podłączenie i rozłączenie pojedynczych urządzeń w celach serwisowych, bez konieczności przerywania pracy pozostałych serwerów.
.

Pętle zawierające bloki wodne / Cold Plates

Pętle zawierające bloki wodne, które dzięki wykorzystaniu takich rozwiązań jak mikrokanaliki, zwiększające powierzchnie odbioru ciepła, oraz strumieniowe podawanie płynu na chłodzony komponent jet impingement.

Moduły serwerowe pozwalają na transfer ciepła od kluczowych komponentów serwera tak szybko i efektywnie jak to tylko możliwe. W nowoczesnych rozwiązaniach odbiór ciepła wspierany jest także przez dwufazową charakterystykę płynu chłodzącego, dzięki której następuje parowanie cieczy chłodzącej w bloku wodnym. W ten sposób można uzyskać najlepsze parametry odbioru ciepła.

Pętle zawierające przewody wodne

Transportują płyn w pętli serwerowej do manifoldów, a następnie od manifoldów do orurowania pod podłogą techniczną. Stosowane są najwyższej jakości przewody FEP, używane standardowo w przewodach hydraulicznych, w przewodach ciśnieniowych w lotnictwie lub w aplikacjach wojskowych.

Przykładowo, maksymalne robocze ciśnienie przy standardowej temperaturze 23*C wynosi 380 PSI. Faktyczne maksymalne ciśnienie, które przewód wytrzymuje, wynosi 650 PSI. Ciśnienia wykorzystywane produkcyjnie w naszych systemach wynoszą jedynie od 2 PSI na poziomie pętli serwerowej, do 7 PSI na poziomie kolektora (poza serwerem).

.

Zalety chłodzenia serwerowni cieczą

75% redukcja kosztów

Serwerownie stosujące chłodzenie wodne oszczędzają do 75% kosztów porównując z kosztami zakupu, instalacji, utrzymania i zasilania tradycyjnej klimatyzacji.

Oszczędność przy rachunkach za ogrzewanie 

Odpadowe ciepło odbierane z serwerów może być w pełni zastosowane do ogrzewania budynków przy serwerowniach lub do utrzymania odpowiedniej temperatury w serwerowni – w miejscach gdzie średnia temperatura jest bliższa zeru (kraje skandynawskie, północ Norwegii). Poznańskie Centrum Sieciowo Superkomputerowe oszczędza dzięki chłodzeniu wodnemu prawie milion USD rocznie.

Większa gęstość i mniejsze zużycie przestrzeni serwerowni

Ponieważ chłodzenie wodne pozwala na odbiór ciepła u jego źródła, nie przejmujemy się już hot-spotami i możemy w jednej szafie pomieścić sprzęt o mocy ponad 4OkW. W ten sposób oszczędzamy ogrom przestrzeni, ponieważ szafy stoją zabudowane gęsto i nie są potrzebne duże strefy i dukty do przepychamia mas powietrza.

Pojemność cieplna wody jest aż 4000x większa niż powietrza, dlatego wystarczają nam rury o niewielkiej średnicy, aby wynieść całe ciepło poza przestrzeń serwerowni. W porównaniu z tradycyjnymi technikami, chłodzenie wodne pozwala zaoszczędzić ogromne pieniądze. Nie trzeba rozbudowywać przestrzeni serwerowni o kolejne komory.

Zwiększenie wydajności o 20%

Nowoczesne serwery są przygotowane do pracy w temperaturach do 30-40*C. Jednak popularne procesory są zbudowane tak, by były energooszczędne. Oznacza to, że gdy temperatura procesora wzrasta powyżej 60*C, jego wydajność spada.

Instrukcje AVX, wykorzystywane w większości zadań obliczeniowych, dbają o efektywność cieplną środowiska i dynamicznie obniżają mnożnik procesora. To powoduje że wydajemy 100% budżetu, ale zyskujemy tylko 80% mocy. Dla środowisk HPC jest to niedopuszczalne. DLC pozwala wyeliminować ten problem i zapewnić pełną wydajność, utrzymując procesory w granicach 50*C przy temperaturze ciepłej wody w obiegu powyżej 30*C.

Brak wody w serwerowni

W przeciwieństwie do standardowego chłodzenia, systemy DLC wykorzystują płyn inżynieryjny – nieprzewodzący, niepalny dielektryk, stosowany także w instalacjach gaszących w serwerowniach. Daje to absolutne bezpieczeństwo i zamyka dyskusję nad obawami związanymi ze stosowaniem instalacji wodnych w serwerach.

Cicha praca

Ponieważ odbieramy powyżej 85% ciepła z urządzeń za pomocą płynu, możemy usunąć wentylatory lub zmniejszyć ich obroty do 15%. Dzięki temu zabiegowi serwerownia robi się.. cicha. A urządzenia mogą pracować nawet w przestrzeni biurowej.

Uniwersalne zastosowanie DLC

Elastyczna konstrukcja pozwala na dostosowanie się do każdej konstrukcji przełącznika, serwera, karty GPU, czy innego urządzenia. Niezależnie od producenta czy modelu.

Chcesz obniżyć koszty
utrzymania serwerowni?

Chłodzenie cieczą nie musi być drogie. Zaprojektowaliśmy wyjątkowo oszczędne rozwiązanie,
które jest dostępne praktycznie dla każdej serwerowni.