Įvadas: kodėl šaldymas yra labai svarbus duomenų centruose

Šiuolaikiniai duomenų centrai veikia kaip pasaulinės skaitmeninės infrastruktūros širdis, apdoroja milijardus užklausų per sekundę.Kiekvienas procesorius veikimo metu generuoja intensyvią šilumą, o nekontroliuojamas kaupimas gali sumažinti įrangos tarnavimo laiką iki 50% ir sukelti katastrofiškų gedimų.

Efektyvus aušinimas nėra tik komforto klausimas, bet būtina išlaikyti paslaugų prieinamumą Vienas šiluminis gedimas gali numušti ištisus serverius, sukeldamas milijonus dolerių nuostolių.

Šiluminis iššūkis: galios tankis ir šilumos išsklaidymas

Įprastas duomenų centras sumažina serverių koncentraciją šimtuose ar tūkstančiuose Didelio našumo serveris gali generuoti nuo 500 iki 1500 vatų šilumos, o visas kambarys gali pasiekti tankį nuo 10 iki 20 kilovatų kvadratiniam metrui.

Šiuolaikiniai procesoriai, tokie kaip Intel Xeon ir AMD EPYC, turi veikti nuo 60 °C iki 80 °C, kad išlaikytų maksimalų našumą. Įveikus 90 °C, įjungiami droselio mechanizmai, sumažėja procesoriaus greitis ir paveikiamas visas duomenų centro pralaidumas. Ekstremaliais atvejais, virš 100 °C, apsaugai įvyksta automatiniai išjungimai.

Netinkamas išsklaidymas taip pat padidina eksploatavimo išlaidas.Kiekvienas aplinkos temperatūros padidėjimas 5°C padidina aušinimo energijos suvartojimą maždaug 10%, sukurdamas užburtą ratą, kuris turi įtakos tiekėjų pelno maržai.

Tradicinė oro aušinimo sistema (CRAC/CRAH)

CRAC (kompiuterinių patalpų oro kondicionierius) e CRAH (kompiuterinių patalpų oro tvarkytojas) jie veikia sukurdami fizinį karšto ir šalto oro srovių atskyrimą, naudodami tokius nustatymus kaip karštas / šaltas ėjimas.

Karšto praėjimo / šalto praėjimo struktūroje serveriai yra išdėstyti kintamomis eilėmis: eilute su priekiais, nukreiptais į šaltą praėjimą (kur cirkuliuoja aušinamas oras), o kita eilutė su galine iki karšto praėjimo (kur fiksuojamas šildomas oras). tai sumažina oro maišymą ir padidina efektyvumą.

Tačiau šios sistemos turi apribojimų.Jos sunaudoja daug energijos nuo 40% iki 50% visos duomenų centro energijos ir sunkiai susidoroja su itin dideliu procesoriaus tankiu.

Aušinimas skysčiu: didelio našumo sprendimas

Aušinimas skysčiu vietoj oro skysčiai (distiliuotas vanduo, specializuoti aušinimo skysčiai ar mažo klampumo alyvos) cirkuliuoja tiesiai per vamzdžius, pritvirtintus prie procesorių, daug efektyviau sugerdami šilumą.

Yra du pagrindiniai požiūriai:

  • Tiesioginis aušinimas skysčiu (tiesiogiai į Chip): Vamzdžiai tiesiogiai prijungiami prie procesoriaus, remocinė šiluma pradžios vietoje Sumažina temperatūrą nuo 10 iki 20 °C, palyginti su oru.
  • Panardinimas: Visi serveriai yra panardinti į nelaidų elektros skystį Leidžia tankį iki 50 kilovatų kvadratiniam metrui nuo 3 iki 5 kartų didesnis nei tradicinis oras.

Milžinai, tokie kaip Meta, Google ir Microsoft, jau įgyvendina panardinamąjį aušinimą duomenų centrų portfeliuose.Skystis sugeria visą šilumą iš aparatinės įrangos 'procesoriaus, GPU, atminties, maitinimo šaltinio & 'DO, pašalindamas vidinių ventiliatorių poreikį ir sumažindamas energijos suvartojimą iki 40%.

Pažangūs terminio išsklaidymo metodai

Šilumos vamzdžiai viešbutis e šiluminiai barstytuvai šilumos vamzdis - tai sandarus varinis vamzdis, kuriame yra specialus skystis, kuris keičiasi tarp skystosios fazės ir garų, itin efektyviai transportuodamas šilumą.

The vario ir aliuminio barstytuvai jie padidina procesoriaus kontaktinį plotą, paskirstydami šilumą didesniame tūryje Šiuolaikiniai procesoriai naudoja didelio efektyvumo laidžias šilumines pastas (su sidabro ar grafeno dalelėmis), taikomas tarp lusto ir barstytuvo, užtikrinant maksimalų šilumos perdavimą.

Šaldymo laisvas aušinimas tai dar viena strategija: žemos aplinkos temperatūros laikotarpiais (naktimis, žiemomis) natūralus lauko oras maitina radiatorius nenaudojant oro kondicionavimo kompresorių Dideli duomenų centrai šaltuose regionuose (Suomijoje, Islandijoje, Norvegijoje) tuo pasinaudoja, kad didžiąją metų dalį sumažintų išlaidas nuo 60% iki 80%.

Stebėjimas ir automatizavimas realiuoju laiku

Šiuolaikinės šilumos valdymo sistemos naudoja šimtus jutiklių, išsibarsčiusių kiekviename serveryje ir koridoriuje. Šie jutikliai nuolat matuoja temperatūrą, santykinę drėgmę ir oro srautą, siųsdami duomenis į AI platformas, kurios dinamiškai reguliuoja ventiliatorių ir kompresorių greitį.

Mašininio mokymosi algoritmai numato apkrovos šuolius ir padidina aušinimo pajėgumą prieš pasiekiant kritinę temperatūrą. Tai neleidžia procesoriui drosuoti ir užtikrina nuolatinį veikimą esant maksimaliam našumui. Kai kurie duomenų centrai taip pat naudoja hot spot aptikimo viešbutis: jei konkreti sritis pasiekia 85°C, sistema automatiškai perskirsto apdorojimo apkrovas netoliese esantiems šaltesniems serveriams.

Perteklius yra privalomas 'šaldymo sistemos gedimas negali nuleisti duomenų centro Todėl lygiagrečiai veikia keli CRAC įrenginiai, aušinimo bokštai ir atsarginės sistemos su generatoriais Bet kuris sugedęs įrenginys automatiškai išjungiamas, o jo apkrova paskirstoma tarp veikiančių blokų.

Efektyvumo metrika: PUE ir sąnaudų taupymas

PUE (galios naudojimo efektyvumas) tai standartinė metrika: santykis tarp bendro duomenų centro energijos suvartojimo ir IT įrangos suvartojimo Idealus PUE yra 1,0 (kiekvienas džaulis eina į IT) Praktiškai šiuolaikiniai duomenų centrai siekia nuo 1,2 iki 1,4 μ, o tai reiškia, kad kas 100 vatų serveriuose nuo 20 iki 40 vatų eina į aušinimą, apšvietimą ir paskirstymą.

Google sumažina PUE iki 1.08 savo efektyviausiuose duomenų centruose, naudodama skysto aušinimo, laisvo aušinimo ir AI derinį. Meta praneša PUE nuo 1.1 iki 1.13 naujausiuose įrenginiuose.kiekvienas 0.1 PUE sumažinimas kasmet sutaupo milijonus dolerių elektros energijos operatoriams, valdantiems šimtus megavatų.

Energijos sąnaudos sudaro nuo 30% iki 40% duomenų centro veiklos išlaidų Todėl aušinimo optimizavimas yra didžiausias pelningumo svertas Investavimas į pažangias sistemas iš pradžių kainuoja daugiau (panardinimo aušinimo modifikavimas gali kainuoti $ 2-5 mln. Vienam įrengimui), tačiau grąža per 3-5 metus yra garantuota.