Иммерсионное охлаждение что это
ИММЕРСИОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
Иммерсионное охлаждение подразделяется на два вида или типа: однофазное и двухфазное.
При однофазном иммерсионном охлаждении теплоноситель в который погружено устройство находится в одной фазе или агрегатном состоянии, при этом сам теплоноситель охлаждается за счет передачи тепла в другую жидкую среду через теплообменник или в атмосферу через радиатор (градирню).
Двухфазное иммерсионное охлаждение означает, что теплоноситель в рабочем цикле переходит из одной фазы (агрегатного состояния) в другую за счет чего охлаждается и перемешивается. Чаще всего при двухфазном охлаждении теплоноситель изначально находится в состоянии жидкости, после его нагрева он начинает кипеть и испаряться переходя в газообразное состояние, таким образом отдавая тепло. Из газообразного состояния обратно в жидкость теплоноситель переходит путем конденсации. Таким образом в емкости для охлаждения происходит постоянный круговорот теплоносителя и его перемешивание.
Сейчас на рынке множество предложений по иммерсионному охлаждению и различным жидкостям для погружного охлаждения. Так как мы имеем 2 вида охлаждения то и жидкости разделим на 2 типа. Однофазные и двухфазные.
Однофазные иммерсионные жидкости нужно подбирать в первую очередь исходя из потребностей. Так как мы говорим об охлаждении электроники то первое что нам нужно это чтобы жидкость обладала диэлектрическими свойствами. И таких жидкостей огромное количество. Это практически любые масла (растительные, минеральные, синтетические, силиконовые), так же можно привести в пример дистилированную воду, жидкий фторкетон и др. Как известно вода в любом случае окислитель, кроме того 100% дистилят воды сложно получить, а так же любое попадание примесей приведет к замыканию электроники поэтому рассматривать его нет смысла. Фторкетон Novec 1230 скорее относится к категории двухфазного охлаждения и о нем позже.
О иммерсионных жидкостях далее читайте на вкладке ниже.
Силиконовые масла (полиметилсилоксан). Широко применяется для иммерсионного охлаждения и во множестве других отраслей (медицина, косметология, строительные материалы, смазки для авто и др.). В целом гораздо безопаснее трансформаторного и не опасно для человека.
Есть миф что ПМС 200 не горит. На самом деле он горит. Но вот температура вспышки или самовоспламенения значительно выше чем у минеральных или синтетических масел температура вспышки ПМС 200 составляет 315*С а самовоспламенения более 460.
И в целом это действительно неплохой вариант. Но цена достаточно высока и составляет от 350 рублей за литр.
Белые минеральные масла это нефтепродукт широко применяемый во многих отраслях. Часто применяется в косметологии, в составе кремов, мазей и различной косметики. Так же применяется в медицине, строительстве, ремонте автомобилей, производстве химических составов.
Использование данной жидкости обусловлено широкой практикой и одобрением в США и Европе для иммерсионного охлаждения. Многие производители систем охлаждения майнинг устройств рекомендуют именно его как недорогой и долговечный теплоноситель.
Из плюсов можно отметить отсутствие гигроскопичности стабильность в течении длительного времени (как правило срок службы от 3 лет, либо не ограничен). Неплохие показатели по пожаробезопасности. Температура вспышки выше 200*С, самовозгорания выше 300*С. И главное это безопасность для человека. Как правило не имеет запаха, не воздействует на организм, и не относится к опасным веществам.
Известные марки STE Crystal oil стоят дорого но есть аналоги дешевле. В целом цена на рынке не сильно высока и составляет около 200р за литр.
Из минусов. Значительно отстает по показателям пожаробезопасности и температуре застывания полиметилсилоксану. Хотя так ли они нужны.
Синтетические базовые масла в иммерсионном охлаждении завоевывают популярность из-за своей низкой цены. По сути это базовые масла из которых производят автомобильные и технические смазочные материалы. Прозрачные жидкости которые сложно отличить от минерального масла или иных масел.
Самый главный плюс это конечно цена. Стоимость от 100р до 150р за литр.
Но наверное плюсов больше не найти. Есть факты когда масло оставляет отложения которые трудно смыть. Так же вопрос пожаробезопасности достаточно важен. Температура вспышки у ПАОМ масле составляет от 150*С что значительно ниже чем у других жидкостей, у HVI вспышка около 200*C. Но это не самое важное. Воздействие на человека пока не изучено, есть вероятность аллергии и иного вреда здоровью. Длительных испытаний в качестве иммерсионной жидкости пока так же нет.
В целом не самый плохой вариант, и можно неплохо сэкономить. Но есть и некоторые риски. Решать вам.
Собственно двухфазное иммерсионное охлаждение порой необходимо и оправдано. На данный момент компания Зм выпустила свою жидкость Novec и активно её продвигает. Благодаря использованию жидкостного двухфазного охлаждения получается значительно увеличить плотность размещения оборудования и таким образом тратить меньше самой жидкости на построение системы. Главное преимущество это отсутствие необходимости качать и охлаждать саму жидкость, она охлаждается и перемешивается за счет естественных процессов фазового перехода и круговорота. Остается только охлаждать испаряющуюся жидкость и конденсат направлять обратно. Кроме того жидкость не только не горит, но и используется в системах пожаротушения.
Минусов у такой системы несколько. Во первых она должна быть герметичной, чтобы жидкость не улетучилась из системы в виде пара. Во вторых если используется стандартное оборудование, то для того чтобы система была рентабельной вам придется модернизировать устройства (снимать кулеры, радиаторы и все лишнее) и погружать непосредственно платы и чипы. В третьих цена самой жидкости достаточно высока и составляет около 2500р/кг.
Хорошее решение для профессионалов. Но постройка системы обойдется в разы дороже чем однофазовые системы охлаждения.
Если вам нужна помощь в организации системы иммерсионного охлаждения, консультация по вопросам организации систем иммерсионного охлаждения, криптоотоплению домов вы можете позвонить нам по телефону +79148982262. Так же мы можем предоставить вам готовые решения по утилизации тепла от майнинга в отопление, в атмосферу, и иные способы эффективного охлаждения.
Ниже приглашаем ознакомится с полезными страницами по теме иммерсионного охлаждения.
Иммерсионное охлаждение или как не пустить деньги на воздух
Сегодня, если спросить у любого знакомого, который хоть краем уха слышал про майнинг, что для этого нужно, он ответит – мощное оборудование. А вот опытный майнер знает, что помимо оборудования нужно организовать соответствующую инфраструктуру, для того чтобы это оборудование работало эффективно. Другими словами, если не обеспечить свою ферму правильной системой охлаждения, то вместо потенциально обеспеченного будущего, можно просто остаться со сгоревшими через пару месяцев работы асиками и видеокартами. Ну и кредитами, на которые все это было куплено. Чтобы избежать такого сценария попробуем разобраться из чего складываются эти риски, какие существуют альтернативы и в каких случаях применимы.
У большинства современных «фермеров» железо охлаждается одним из самых распространенных, привычных и, при этом, слабо эффективных видов теплоносителя — воздухом. Более грамотные майнеры уже знают о преимуществах применения системы иммерсионного охлаждения, в то время как их менее опытные “коллеги” все еще достаточно скептически относятся к такого рода изыскам.
Но не будем спешить и постараемся все разложить по полочкам. Начнем с ответа на вопрос: «Почему вдруг охлаждение воздухом стало неэффективно, если все этим пользуются?» Дело в том, что спрос на вычислительное оборудование за последние годы резко увеличился благодаря востребованности технологии блокчейн и динамичности рынка криптовалют. Если для майнера-любителя воздушное охлаждение всё еще может быть актуально, то для больших ферм это превращается в головную боль. Да, когда-то охлаждение воздухом было единственным способом отвода тепла, так как не было лучшей альтернативы. Но сегодня они есть и спрос на такие системы охлаждения медленно, но уверенно растет. Так что как минимум рассмотреть существующие варианты как бывалым майнерам, так и тем, кто только знакомится с этой деятельностью, лишним не будет.
Пример: для отвода тепла с 10 Asic Antminer S9 с потребляемой мощностью около 1350 Вт каждый, необходимо 4 000 куб.м воздуха в час. При переводе даже на минимально рентабельную ферму с таким подходом к охлаждению необходимы дополнительные затраты на оборудование помещения, установку вентиляции и профессиональных кондиционеров, обслуживание которого стоит недешево, которые, к тому же, потребляют дополнительное электричество. При этом, с воздушным охлаждением, все еще остается такая серьезная проблема, как пыль. Частички пыли накапливают статическое электричество, которое может привести к выходу из строя оборудования в долгосрочной перспективе.
А шум? 1 асик создает шумовой фон в 75дБ, который в принципе можно и потерпеть. Но, представьте себе шум, когда таких же асиков 10, 100, 1000…и человека который в наушниках присматривает за фермой круглосуточно.
Производительность также зависит от эффективного отвода тепла. Все мы знаем, что мощность видеокарт обусловлена хэшрейтом. Максимальный хешрейт достигается разгоном видеокарты, а разгон требует более эффективного охлаждения. Но и здесь стоит отметить нюанс: одни элементы видеокарты нагреваются больше, чем другие, и работа в постоянном режиме максимальной производительности так или иначе сказывается на сроке эксплуатации видеокарты в целом, т.к. у воздушного охлаждения отсутствует термостабильность.
Тем не менее, не смотря на описанные проблемы, майнеры не спешили переходить на альтернативные системы охлаждения, поскольку их использование было не выгодно, ведь до недавнего времени и они не были избавлены от общих недостатков: дороговизны, сложности монтажа, малой плотности размещаемого оборудования. Однако с появлением крупных игроков, увеличением инвестиций, количества оборудования и затрат на электроэнергию, начали появляться новые, более инновационные подходы к охлаждению оборудования.
В результате проведенных исследований, команда BiXBiT представила комплексное решение для размещения оборудования для майнинга – мобильный модуль с системой иммерсионного охлаждения. Использование именно иммерсионной системы охлаждения решает основные проблемы, с которыми сталкиваются сегодня майнеры.
Теплопроводность жидкости в 25 раз выше, чем при воздушном охлаждении, что, в свою очередь, значительно увеличивает степень термостабильности внутри установки. За счет этого, время службы оборудования увеличивается и соответствует сроку, заявленному производителем (а в некоторых случаях превышает).
Например, процессор, загруженный на 100%, при температуре окружающей среды 32ºC демонстрирует среднюю температуру ядра 85ºC. При погружении в жидкость того же процессора с температурой среды 34ºC средняя температура ядра будет составлять уже 65ºC. Такая высокая теплопроводность и термостабильность жидкости позволяют сильнее разогнать оборудование, тем самым повысить его производительность на 20-40% в зависимости от поставленных задач.
Применение системы иммерсионного охлаждения устраняет основные причины выхода электроники из строя: перепады температур из-за подачи неравномерно охлажденного воздуха, перегрев. Также исключает возможность попадания на устройства пыли и мелкого мусора. Еще одной особенностью применения иммерсионного охлаждения является высокая степень компоновки размещаемого оборудования. В стандартном морском контейнере размером 10 футов помещается в 2,5 раза больше ASIC и в 6 раз больше видеокарт, чем при воздушном охлаждении. Это достигается за счёт отсутствия необходимости в создании холодных и горячих коридоров, установке дополнительной вентиляции и профессиональных кондиционеров. Что, кстати, снижает затраты на электроэнергию и оборудование помещения для майнинга. Например, экономия на 864 видеокартах при потребляемой комплектом кулеров мощности в 6 Вт составит более 3700 кВт-ч в месяц. Для 192 устройств ASIC при потребляемой комплектом кулеров мощности 70 Вт экономия составит почти 10000 кВт-ч в месяц. Более того, такие установки работают бесшумно за счет демонтажа штатных систем охлаждения устройств.
При погружении оборудования в жидкость, штатные системы охлаждения, генерирующие основную долю шума, демонтируются, что позволяет установкам работать практически бесшумно. К тому же, использование иммерсионной системы охлаждения безопасно, так как для воспламенения жидкостей необходима температура не ниже 120-130 ºC.
Текущий рынок испытывает недостаток решений, способных демонстрировать ту же простоту и эффективность, как погружное охлаждение. Подход BiXBiT к охлаждению позволяет экономить на электроэнергии, продлевать эксплуатационный период оборудования и, как итог, повышать его производительность. К тому же, все это безопасно, бесшумно и не требует какого-то специального обслуживания, так как большинство современных теплоносителей не требуют особого ухода и частой замены.
Самое главное о блокчейн-индустрии в нашем телеграм-канале!
Погружное охлаждение электроники
Взрывной рост интернета, искусственного интеллекта, облачных сервисов и высокопроизводительных вычислительных систем привели не только к кардинальным изменениям в работе дата-центров (ЦОД), но и в самом качестве жизни. Но всё имеет свою цену. Сегодня дата-центры потребляют колоссальное количество электроэнергии, в США оно доходит до 2% от общего объема энергопотребления страны. Энергия, потребляемая подсистемой охлаждения, может варьироваться от 2-6% до 60-70% от общего количества энергии ЦОД. Один дата-центр потребляет в день электроэнергии столько же, сколько небольшой город в 9 тысяч жителей. При этом основная часть электричества уходит на работу охлаждающих устройств и вентиляторов. Поэтому вопрос эффективности отвода тепла в современном ЦОД – это вопрос построения максимально эффективной системы отвода тепла от массива серверов.
Для сокращения затрат на охлаждение серверов и уменьшения вредного воздействия выбросов в окружающую среду компания 3М разработала революционный метод охлаждения для дата-центров – технические жидкости для иммерсионного охлаждения в однофазных и двухфазных системах. Внедрение такого метода охлаждения позволяет сократить энергозатраты на 97% (!) при уменьшении площадей серверных помещений на порядок и поддержке оптимальной рабочей температуры процессоров.
Иммерсионное охлаждение осуществляет теплоотвод методом непосредственного погружения печатных плат в непроводящую диэлектрическую жидкость. Тепло, выделяемое комплектующими, напрямую и эффективно передается жидкости, устраняя необходимость в активных компонентах охлаждения (таких как термоинтерфейсы, радиаторы и вентиляторы). Такая организация теплоотвода повышает эффективность используемых энергоресурсов и уплотняет размещение серверов в стойках. А «собранное» тепло можно использовать для последующих инноваций.
В США энергоэффективность государственных дата-центров регулируется указом президента Обамы от 2015 года, согласно которому PUE всех дата-центров должна составлять менее 1.5, а новые дата-центры должны достичь уровня 1.2-1.4 к 2025.
В 2014 году компания 3М получила бронзовую медаль Эдисона (награда, вручаемая институтом инженеров электротехники и электроники IEEE) за технологию двухфазного охлаждения посредством жидкостей Novec.
Основные типы иммерсионного охлаждения
Основными методами охлаждения электроники являются воздушное (преимущественно) и жидкостное.
Сегодня большинство ЦОД построено на воздушном или воздушно-водяном охлаждении. Сравнение с воздушным методом охлаждения приведено в таблице.
Таблица. Сравнение воздушного и жидкостного охлаждения (данные ГК РСК).
| Метод охлаждения | Воздушное | Жидкостное | Разница |
|---|---|---|---|
| Время выполнения теста | 63 мин. 21сек. | 59 мин. 29 сек. | 6,5% |
| Средняя электрическая мощность | 491 Вт | 425 Вт | 15,5% |
| Потребленная сервером энергия | 0,518 кВт/ч | 0,421 кВт/ч | 23% |
| PUE | 1,6 | 1,06 | 50% |
| Оценка общей потребленной энергии для теста | 0,83 кВт/ч | 0,44 кВт/ч | 88% |
Преимущества двухфазного охлаждения перед воздушным:
— увеличение плотности мощности на стойку
— повышение производительности в расчете на 1 кв.м.
— существенное снижение энергопотребления
В качестве жидкостного охлаждения сегодня используются различные материалы: вода, деионизированная вода, ингибированные гликоли (этиленгликоль и пропиленгликоль), диэлектрические жидкости. Принципиальное значение при выборе типа жидкости имеет вопрос совместимости жидкости со смачиваемыми материалами (что позволит избежать коррозии при долгосрочном использовании).
Таблица. Совместимость материалов с различными охлаждающими жидкостями
| Материал | Вода | Гликоли | Деионизированная вода | Диэлектрические жидкости |
| Медь | + | + | + | |
| Алюминий | + | + | ||
| Нержавеющая сталь | + | + | + | + |
Вода является отличным решением для охлаждения, она имеет хорошую теплопроводность и совместима с медью. Для ее использования в системе охлаждения необходимо озаботится дополнительными фильтрами или деионизаторами воды, поскольку примеси в водопроводной воде очень быстро приведут к образованию коррозии. Для защиты от коррозии в воду добавляют фосфаты, они являются эффективной антикоррозионной добавкой для нержавеющей стали и большинства алюминиевых компонентов, а также обеспечивают pH контроль. Их единственный недостаток – отложение осадка вместе с кальцием.
Этиленгликоли широко используются в автомобильной промышленности (антифриз), однако их нельзя использовать для охлаждения электроники, поскольку они содержат ингибиторы с силикатами, которые разрушают герметизирующие прокладки и способствуют гелеформированию. Сегодня этот тип охлаждения используется в оборудовании для пищевой промышленности.
По сравнению с водопроводной водой деионизированная вода является хорошим изолятором, но отличается высокой резистивность и коррозийностью, поэтому в нее добавляют антикоррозионные добавки. Кроме того, трубки должны быть выполнены из сверхчистого материала, а любая арматура иметь покрытие никелем.
Технические жидкости Novec имеют ряд преимуществ перед другими диэлектрическими жидкостями, например, минеральным маслом. Помимо того, что жидкости 3М являются невоспламеняющимися и невзрывоопасными, они имеют необходимую точку кипения и термостабильность для построения двухфазной системы охлаждения. Обслуживание и ремонт оборудования не вызовет проблем, поскольку погруженные в жидкость платы остаются чистыми и сухими (именно сухими, несмотря на то, что они погружены в якобы «жидкость»). Кроме того, масло вызывает множество проблем с очисткой как охлаждаемой аппаратуры, так и помещений, где оно расположено (в случае протечки).
Диэлектричекие жидкости 3М совместимы с любыми материалами, в то время как масло плохо совместимо с пластиковыми кабелями, может оставлять осадок на компонентах. Также масло долго сохраняет тепло, что затрудняет быстрое и своевременное обслуживание оборудования.
Таблица 1. Совместимость жидкостей Novec с различными материалами
| Металлы | Пластмассы | Эластомеры |
| Алюминий Медь Углеродистая сталь Нержавеющая сталь 302 Латунь Молибден Тантал Вольфрам Cu/Be-сплав С172 Mg-сплав AZ32B | Акрил (РММА) Полиэтилен Полипропилен Поликарбонат Полиэстер Эпоксидная смола PEТ фенол ABS | Бутиловый каучук Натуральный каучук Нитрильный каучук EPDM |
Диэлектрические охлаждающие жидкости 3М
В 1950 годы компания 3М выпустила первую фторсодержающую охлаждающую жидкость для военной авионики (Fluorinert). 70-е и 80-е годы XX века стали эрой расцвета материалов для прямого контактного охлаждения, благодаря чему стало возможным развитие радарной техники, силовой электроники и суперкомпьютеров.
В 1996 году 3М разработали новый тип жидкости для замены озоноразрушающих веществ (таких как CFC, HFC) – жидкости под торговой маркой Novec.
Жидкости Fluorinert 3M относятся к классу полностью фторированных жидкостей, известных как перфторуглероды (PFC). Прозрачные, без цвета и запаха, невоспламеняемые, жидкости имеют ряд особенностей, делающих их привлекательными для иммерсионного охлаждения печатных плат, в их число входят отличные диэлектрические свойства, широкий диапазон точек кипения и хорошая совместимость с различными материалами. Эти жидкости используются для решения сверхсложных и ответственных задач теплоотвода более чем 50 лет, например, в пассажирских экспрессах в Японии и в экспериментальном космическом модуле Kibo (Hope) на МКС. Также они широко используются как практический материал для прямого охлаждения силовых конвертеров и в испытательных лабораториях.
Несмотря на то, что жидкости Fluorinert не разрушают озоновый слой, они имеют долгий срок жизни в атмосфере и обладают высоким потенциалом глобального потепления. При этой причине, как и все перфторуглероды, они должны использоваться только в тех приложениях, где требуются их уникальные свойства, при этом особое внимание следует уделить контролю выбросов и их минимизации.
Жидкости Fluorinert должны использоваться только в закрытых резервуарах и системах, особые меры безопасности требуются для предотвращения попадания в глаза и на кожу. Несмотря на то, что жидкость инертная, практика ее применения в суперкомпьютерах Cray-2 показала, что в течение продолжительного срока эксплуатации она расщепляется и выделяет высокотоксичный перфторизобутан. Для его удаления необходимо использовать катализаторные очистители.
Практика использования перфторуглеродных жидкостей была показана в научно-фантастическом фильме «Бездна» (1989), где насыщенная кислородом Fluorinert жидкость использовалась дайверами для погружения на большие глубины. Проводился эксперимент с крысами, которые дышали в банке с такой жидкостью, но сцена была вырезана из фильма как жестокое обращение с животными.
| Техническая жидкость Fluorinert | FC-40 | FC-770 |
| Технология | 1-фазное охлаждение | |
| Температура кипения, °С | 155 | 95 |
| Температура застывания, °С | -57 | -127 |
| Критическая температура, °С | 270 | 238 |
| Молекулярная масса, г/моль | 650 | 399 |
| Критическое давление, МПа | 1.18 | 2.47 |
| Давление пара, кПа | 0.43 | 6.6 |
| Теплота парообразования, кДж/кг | 68 | 86 |
| Плотность жидкости, кг/куб.м | 1850 | 1793 |
| Коэффициент расширения, К | 0.0012 | 0.0015 |
| Кинетическая вязкость, сСт | 1.8 | 0.79 |
| Удельная теплота, кДж/кг-К | 1100 | 1038 |
| Теплопроводность, Вт/м-К | 0.065 | 0.063 |
| Поверхностное натяжение, мН/м | 16 | 15 |
| Диэлектрическая прочность, зазор 0.1°, кВ | >40 | >40 |
| Диэлектрическая постоянная при 1кГц | 1.9 | 1.9 |
Поскольку перфторуглероды (жидкости Fluorinert) имеют высокий потенциал глобального потепления, компания 3М разработала новый тип охлаждающей жидкости, который не наносит вреда окружающей среде. Это жидкости Novec 7100 на основе метокси-нонафторбутан (C4F9OCH3). Жидкость Novec 7100 (C4F9OCH3) состоит из двух неразделимых изомеров с практически идентичными свойствами. Это (CF3)2CFCF2OCH3 (CAS-номер 163702-08-7) и CF3CF2CF2CF2OCH3 (CAS-номер 163702-07-6).
Жидкости Novec позволяют создавать двухфазные (2PIC) иммерсионные системы охлаждения с полуоткрытыми контейнерами (т.н. open bath immersion, OBI). Уже сегодня применение этих жидкостей в дата-центрах демонстрирует непревзойденные результаты, экономя до 95% электроэнергии и сокращая в 10 раз занимаемые оборудованием площади. Благодаря эффективному теплоотводу достигается хороший разгон процессора. Двухфазные системы не требуют охладителей, вентиляторов или герметичных корпусов.
| Техническая жидкость | Novec 7000 | Novec 7100 | Novec 7200 | Novec 7300 | Novec 7500 > |
| Технология | 2-фазное охлаждение | 1-фазное охлаждение | |||
| Температура кипения, °С | 34 | 61 | 76 | 98 | 128 |
| Температура застывания, °С | -122 | -135 | -138 | -38 | -100 |
| Критическая температура, °С | 165 | 195 | 210 | 243 | 261 |
| Молекулярная масса, г/моль | 200 | 250 | 264 | 350 | 414 |
| Критическое давление, МПа | 2.48 | 2.23 | 2.01 | 1.88 | 1.55 |
| Давление пара, кПа | 65 | 27 | 16 | 5.9 | 2.1 |
| Теплота парообразования, кДж/кг | 142 | 112 | 119 | 102 | 89 |
| Плотность жидкости, кг/куб.м | 1400 | 1520 | 1420 | 1660 | 1614 |
| Коэффициент расширения, К | 0.0022 | 0.0018 | 0.0016 | 0.0013 | 0.0013 |
| Кинетическая вязкость, сСт | 0.32 | 0.38 | 0.41 | 0.71 | 0.77 |
| Удельная теплота, кДж/кг-К | 1300 — Пар конденсируется на крышке или катушке радиатора — Жидкость стекает в резервуар — Пар поднимается вверх — Жидкость, нагретая от работы компонентов, переходит в пар | ||||
Выбор жидкости для двухфазного охлаждения обычно основывается на ее точке кипения. Для оборудования пайки струей горячего пара точка кипения жидкости выбирается так, чтобы ее уровень соответствовал точке эвтектики припоя. Для систем охлаждения электроники точка кипения жидкости должна поддерживать требуемый рабочий температурный режим компонентов.
Также следует учитывать температуру оконечного радиатора. В некоторых случаях жидкость FC-72 используется не по причине того, что ее точка кипения 56°С является идеальной для работы электроники, а потому что эта точка кипения позволяет конденсатору выбрасывать тепло в окружающую среду без компрессора. Следует учитывать, что жидкостям Fluorinert или Novec обычно нужны тепловые потоки более 2 Вт/кв.см для поддержки кипения. Перегрев стенок обычно составляет 15-25°С в процессе кипения и критические тепловые потоки обычно составляют 15-20 Вт/кв.см для кипящего резервуара. Более подробно построение системы двухфазного охлаждения будет рассмотрено во второй части статьи.
Экологичность и безопасность для обслуживающего персонала
Организация дата-центров с иммерсионным охлаждением не должна идти в ущерб безопасности рабочей среды для обслуживающего персонала. Все технические жидкости 3М:
— превосходят все требования по безопасности
— имеют низкую токсичность
— не воспламеняются.
| Острая летальная ингаляционная концентрация | Более 100 000 ppm (4 часа) |
| Пероральное воздействие | Практически не токсичная (более 5г/кг) |
| Раздражение глаз и кожи | Практически не вызывает раздражения |
Снижение энергопотребление хорошо не только само по себе, это позволяет улучшить нашу экологию. Уменьшение потребляемой энергии означает сокращение выработки электроэнергии, меньшее использование нефтепродуктов и сокращение выбросов в атмосферу. Меньшие площади дата-центров экономят строительные материалы и ресурсы на обслуживание. «Зеленый» дата-центр с жидкостями 3М – это:
— благоприятный экологический профиль
— низкий потенциал глобального потепления
— нулевой потенциал разрушения озонового слоя земли.
Сегодня иммерсионное охлаждения посредством жидкостей 3М только выходит на российский рынок. Однако на мировом рынке она уже имеет 50-летнюю историю успеха. Эта технология сегодня используется в суперкомпьютерах Intel и SGI – ведущих игроках на рынке высокопроизводительных вычислений. В демонстрации технологии 3М используются чипы ES-2600 Xeon Intel. Тестовые испытания серверов Intel показали энергоэффективность 1,02-1,03 PUE.
Приведем несколько примеров успешного внедрения.
Суперкомпьютер Suiren («водяная лилия»), разработанный японской компанией PEZY Computing и ExaScaler Inc., использует однофазное охлаждение на основе жидкости 3М Fluorinert, что помогло ему войти в лист «Green 500» самых высокопроизводительных компьютеров. Этот рейтинг ведется с 2007 года, в основе критерия производительности лежит число операций, выполненных за 1 Вт. В 2014 году они заняли 2 место, достигнув производительности 4,95 Гфлопс/Вт, затратив на это 37,38 кВт.
Прорыв в эффективности дата-центров был сделан компанией Allied Control (сегодня принадлежит BitFury Group), ведущим провайдером Blockchain технологии. В 2014 году, компания, уже имеющая опыт двух проектов по иммерсионному охлаждению, запустила самый большой свой проект – масштабируемая система 40+ МВт на 160 емкостей с плотностью мощности 250 кВт на емкость и эффективностью энергопотребления PUE 1,02 (отметим, что сегодня лучшими мировыми стандартами являются значения 1,5). Это будет самый мощный дата-центр с погружным охлаждением в мире. В качестве охлаждающей жидкости был выбран Novec 7100.
Примеры совсем не ограничиваются зарубежным опытом, в России уже несколько компаний успешно применяют охлаждающие жидкости 3М. Например, интегратор и разработчик суперкомпьютерных решений компания РСК использует прямое жидкостное охлаждение в своей линейке ЦОД оборудования с 2010 года.
Другой пример отечественной разработки – суперкомпьютеры «СКИФ-Аврора ЮУрГУ», разработанные компанией «РСКСКИФ» при участии института программных систем РАН.
Суммируем основные преимущества построения ЦОД и вычислительных центров на иммерсионном охлаждении:
— уменьшение энергопотребления, используемого для охлаждения серверов, возможность построения «зеленых» дата-центров
— требуется всего несколько подвижных элементов для обслуживания и ремонта
— увеличение плотности размещения серверов, поскольку жидкость более эффективно отводит тепло
— возможность максимального использования ресурсов процессоров, поскольку температура поддерживается ниже термального предела
— простота обслуживания, не требуется чистка и сушка
— значительное сокращение шумового фона в серверных зонах
— защита IT оборудования от загрязнений окружающей среды, таких как пыль и сера
Иммерсионное охлаждения диэлектрическими жидкостями 3М – это новый этап в развитии систем охлаждения не только вычислительных центров, но и силовой электроники и железнодорожного транспорта, о чем пойдет речь в следующих статьях.