데이터 센터가 프로세서를 극한의 온도에서 냉각시키는 방법

소개: 데이터 센터에서 냉장이 중요한 이유

최신 데이터 센터는 초당 수십억 건의 요청을 처리하는 글로벌 디지털 인프라의 핵심 역할을합니다. 각 프로세서는 작동 중에 강렬한 열을 발생시키며 제어되지 않은 축적은 장비 수명을 최대 50%까지 줄이고 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.

효율적인 냉각은 단지 편안함의 문제가 아니라 서비스 가용성을 유지하는 데 필수적입니다. 단 한 번의 열 장애로 인해 전체 서버가 다운되어 수백만 달러의 손실이 발생할 수 있습니다.

열 과제: 전력 밀도 및 열 분산

일반적인 데이터 센터는 수백 또는 수천 대의 서버를 축소된 공간에 집중시킵니다. 고성능 서버는 500~1,500 와트의 열을 발생시킬 수 있는 반면,전체 방은 평방미터당 10~20 킬로와트의 밀도에 도달할 수 있습니다.

Intel Xeon 및 AMD EPYC 와 같은 최신 프로세서는 최대 성능을 유지하기 위해 60 °C ~ 80 °C 사이에서 작동해야합니다. 90 °C를 극복하면 조절 메커니즘이 활성화되어 프로세서 속도가 감소하고 전체 데이터 센터 처리량에 영향을 미칩니다. 극단적 인 경우 100 °C 이상에서는 보호를 위해 자동 종료가 발생합니다.

부적절한 소산은 또한 운영 비용을 증가시킵니다. 주변 온도가 5 °C 증가 할 때마다 냉각 전력 소비가 약 10% 증가하여 공급자의 이익 마진에 영향을 미치는 악순환이 발생합니다.

전통적인 공기 냉각 시스템(CRAC/CRAH)

CRAC(컴퓨터실 에어컨) e CRAH(컴퓨터실 공기 처리기) 뜨거운 통로/차가운 통로와 같은 설정을 사용하여 뜨거운 기류와 차가운 기류를 물리적으로 분리함으로써 작동합니다.

뜨거운 통로/차가운 통로 구조에서 서버는 교대로 열로 배열됩니다: 차가운 통로 (냉각 된 공기가 순환하는 곳) 를 향한 전선이있는 행과 뜨거운 통로 (가열 된 공기가 포착되는 곳) 에 뒤쪽이있는 다음 행은 공기 혼합을 최소화하고 효율성을 극대화합니다.

그러나 이러한 시스템에는 한계가 있습니다. 데이터 센터의 전체 에너지의 40% ~ 50%를 많이 소비하며 초고 프로세서 밀도를 처리하는 데 어려움을 겪습니다.

액체 냉각: 고성능 솔루션

액체 냉각 공기 대신 유체 (증류수, 특수 냉각수 또는 저점도 오일) 가 프로세서에 부착된 튜브를 통해 직접 순환하여 열을 훨씬 효율적으로 흡수합니다.

두 가지 주요 접근 방식이 있습니다:

• 직접 액체 냉각(Direct-to-Chip): 관은 가공업자에 직접, 근원의 점에 먼 열 연결합니다. 공기에 비교된 10 20°C에 의하여 온도를 감소시킵니다.
• 침수: 전체적인 서버는 전기의 비전도성 유동성에서 물속에 잠깁니다. 3 5 배 더 높은 평방 미터 당 50 킬로와트까지 조밀도를 전통적인 공기 보다는 허용합니다.

메타,구글 및 마이크로 소프트와 같은 거인은 이미 데이터 센터 포트폴리오에 침수 냉각을 구현합니다. 유체는 하드웨어 '프로세서,GPU, 메모리,전원 공급 장치 & 'DO 의 모든 열을 흡수하여 내부 팬이 필요 없으며 에너지 소비를 최대 40%까지 줄입니다.

고급 열 방출 기술

히트 파이프 호텔 e 열 살포기 히트파이프는 액상과 증기 사이를 변화시키는 특수 유체가 들어 있는 밀봉된 구리 튜브로 열을 매우 효율적으로 전달합니다.

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냉장 자유로운 냉각 또 다른 전략입니다: 낮은 주변 온도 (밤,겨울) 기간 동안 자연 실외 공기가 에어컨 압축기를 사용하지 않고 라디에이터에 공급됩니다. 추운 지역 (핀란드,아이슬란드, 노르웨이) 의 대형 데이터 센터는 일년 중 많은 기간 동안 비용을 60%에서 80%까지 절감하기 위해이를 활용합니다.

실시간 모니터링 및 자동화

현대의 열 관리 시스템은 각 서버와 복도에 흩어져 있는 수백 개의 센서를 사용합니다. 이 센서는 온도,상대 습도 및 공기 흐름을 지속적으로 측정하여 팬과 압축기의 속도를 동적으로 조정하는 AI 플랫폼으로 데이터를 보냅니다.

기계 학습 알고리즘은 부하 스파이크를 예측하고 임계 온도에 도달하기 전에 냉각 용량을 증가시킵니다. 이는 프로세서 조절을 방지하고 최대 성능에서 일정한 작동을 보장합니다. 일부 데이터 센터도 사용합니다 핫스팟 감지 호텔: 특정 지역이 85 °C에 도달하면 시스템은 처리 부하를 근처의 더 차가운 서버에 자동으로 재배포합니다.

중복은 필수입니다. '냉각 시스템의 고장으로 인해 데이터 센터가 무너질 수는 없습니다. 따라서 여러 CRAC 장치,냉각탑 및 발전기가 있는 백업 시스템이 병렬로 작동합니다. 고장이 난 장치는 자동으로 비활성화되고 해당 부하는 작동 장치 간에 분산됩니다.

효율성 지표: PUE 및 비용 절감

PUE (전력 사용 효과) 표준 메트릭입니다: 총 데이터 센터 전력 소비와 IT 장비 소비 간의 비율. 이상적인 PUE 는 1,0 입니다 (각 줄은 IT 로 이동). 실제로 최신 데이터 센터는 1,2 ~ 1,4 μ 에 도달합니다. 즉,서버의 100 와트마다 20 ~ 40 와트가 냉각,조명 및 분배에 사용됩니다.

Google 은 액체 냉각,무료 냉각 및 AI 의 조합을 사용하여 가장 효율적인 데이터 센터에서 PUE 를 1,08 로 줄입니다. Meta 는 최근 설치에서 PUE 를 1,1 에서 1,13 으로보고합니다. PUE 의 각 0,1 감소는 수백 메가와트를 운영하는 사업자의 전기에서 매년 수백만 달러를 절약합니다.

에너지 비용은 데이터 센터 운영 비용의 30% ~ 40%를 차지합니다. 따라서 냉각 최적화는 수익성을위한 가장 큰 지렛대입니다. 고급 시스템에 투자하는 것은 초기에 더 많은 비용이 들지만 (침수 냉각 개조 비용은 설치 당 $2-5 백만 달러가 될 수 있음) 3-5 년 안에 수익을 보장합니다.