Avantatges de la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda a la indústria de les TIC

Actualment, les tecnologies de refrigeració líquida que s'utilitzen als centres d'energia informàtica consisteixen principalment en refrigeració líquida de placa freda, refrigeració líquida per polvorització i refrigeració líquida per immersió.

 

La refrigeració líquida en esprai allibera el medi de refrigeració en forma d'esprai sobre la font de calor del servidor, aconseguint la dissipació de la calor mitjançant l'evaporació i l'absorció de la calor.

 

La refrigeració líquida per immersió consisteix a submergir completament tot el servidor o components del servidor en un refrigerant, dissipant la calor mitjançant el contacte directe. En comparació amb la refrigeració líquida de placa freda, les tecnologies de refrigeració líquida per polvorització i immersió poden aconseguir una major eficiència de refrigeració en casos de densitat de potència extremadament alta.

 

No obstant això, les tecnologies de refrigeració líquida per polvorització i immersió són relativament complexes d'implementar i mantenir, que impliquen més consideracions de seguretat i medi ambient i requereixen més inversió. En comparació amb les tecnologies de refrigeració líquida de contacte directe, la refrigeració líquida de placa freda ofereix els següents avantatges:

 

 

I Alta densitat: el desplegament de nodes d'alta densitat pot millorar eficaçment la capacitat de càlcul per bastidor

 

Amb el ràpid desenvolupament de tecnologies com la intel·ligència artificial, l'anàlisi de grans dades, la virtualització i la informàtica d'alt rendiment, els centres de potència informàtica exigeixen cada cop més potència informàtica. Tanmateix, la capacitat de càrrega limitada dels centres de potència informàtica, restringida per l'espai de l'edifici i les regulacions ambientals, s'ha convertit en un repte clau. Augmentar la densitat de potència per bastidor s'ha convertit en un mètode crucial per conciliar aquest problema.

 

▲ centres de potència informàtica

 

L'any 2022, el consum d'energia dels processadors de servidors de quarta generació d'Intel va superar els 350 W per CPU i les GPU de NVIDIA van superar els 700 W per unitat, amb les densitats de càlcul de clúster d'IA que normalment arribaven als 50 kW per bastidor. Actualment, la densitat de potència per bastidor als centres de potència de computació refrigerats per aire naturalment només admet 8-10kW. Confiar només en la tecnologia tradicional de refrigeració per aire ja no pot satisfer les necessitats de refrigeració dels nodes informàtics d'alta densitat. Per tant, l'adopció de noves tecnologies de refrigeració per augmentar la densitat de desplegament de nodes i millorar la capacitat de càlcul per bastidor ha esdevingut especialment important.

 

El sistema de refrigeració líquida de placa freda és una tecnologia de refrigeració eficaç per augmentar la densitat de potència del bastidor.

 

• Rendiment de refrigeració eficient: la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda integra estretament les plaques de refrigeració líquida amb els nodes del servidor, eliminant directament la calor i aconseguint una refrigeració eficient, permetent així una major densitat de potència.
• Petita empremta: a més d'un rendiment de refrigeració eficient, la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda també té una empremta més petita. L'estreta integració de les plaques de refrigeració líquida amb els nodes del servidor estalvia espai, permetent als centres de potència informàtica desplegar més nodes dins d'un espai limitat, millorant encara més la densitat de la capacitat de càlcul.

 

 

II Alta eficiència: la refrigeració líquida al costat de la font de calor millora molt l'eficiència de refrigeració del servidor

 

A causa de les característiques de transferència tèrmica de l'aire, l'eficiència de refrigeració de la tecnologia de refrigeració per aire és limitada. La baixa conductivitat tèrmica de l'aire i la seva susceptibilitat a les fluctuacions de la temperatura ambiental afecten significativament el rendiment de refrigeració dels sistemes de refrigeració d'aire en entorns d'alta temperatura. A més, la capacitat de refrigeració dels sistemes de refrigeració d'aire també està limitada per la velocitat del flux d'aire i les condicions de circulació de l'aire. En canvi, la tecnologia de refrigeració líquida, amb la seva major eficiència de transferència tèrmica i un rendiment de refrigeració més estable, sobresurt en entorns d'alta densitat de potència i alta temperatura. Per tant, més centres de potència informàtica estan passant a la tecnologia de refrigeració líquida per satisfer la creixent demanda de potència informàtica.

 

▲ Tecnologia de refrigeració líquida de placa freda

 

La tecnologia de refrigeració líquida de placa freda substitueix l'aire per un refrigerant com a mitjà de transferència de calor, canalitzant directament el refrigerant als mòduls de xip generadors de calor. Mitjançant la transferència de calor de contacte indirecte, la calor generada pels xips s'allunya, reduint la temperatura dels mòduls de xips i millorant tant la seva eficiència de refrigeració com el rendiment informàtic.

 

• La capacitat calorífica específica dels líquids és molt superior a la dels gasos, el que significa que la quantitat de calor absorbida/alliberada per unitat de canvi de temperatura és molt més gran que la de l'aire, la qual cosa comporta una millora substancial de l'eficiència de refrigeració. Per exemple, l'eficiència de transferència de calor de l'aigua per unitat de volum és 3.500 vegades més gran que la de l'aire, abordant eficaçment els reptes de refrigeració que plantegen els servidors d'alta densitat.
• A més, en substituir la refrigeració per aire per la refrigeració líquida, s'elimina la necessitat de ventiladors, reduint el consum d'energia de funcionament de tot el sistema de refrigeració. En un node típic, amb el 80% de la CPU i la memòria coberta per plaques fredes, el PUE de refrigeració es pot reduir a 1,15 o menys. Per tant, en comparació amb la refrigeració per aire, la refrigeració líquida ofereix una capacitat de refrigeració més gran per a xips individuals.

 

 

III Alta fiabilitat: els escenaris dissenyats científicament garanteixen un funcionament del sistema fiable i estable

 

El refrigerant dins del sistema de refrigeració líquida és un dels factors clau per mantenir el seu funcionament normal. El disseny professional de prevenció de fuites i la gestió operativa són crucials per a l'estabilitat dels sistemes de refrigeració líquida de placa freda. Després d'anys de desenvolupament i millora, la fiabilitat de la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda s'ha assegurat bé, amb mesures de seguretat com ara el disseny de prevenció de fuites, el seguiment complet de fuites i la gestió d'errors que ofereixen una prevenció integral i multiangle del risc d'errors, garantint que l'equip del sistema opera en un entorn segur i estable, protegint així tant el medi ambient com la seguretat del personal.

 

▲ Sistema de refrigeració líquida

 

El sistema de refrigeració líquida de placa freda utilitza un disseny de prevenció de fuites de tres nivells, que garanteix zero incidents de fuites als nivells del node, l'armari i l'habitació.

 

• La base del node està totalment segellada, capaç de dirigir i drenar ràpidament les fuites, evitant que afectin altres nodes.
• L'armari està equipat amb dissenys d'esprai de fuites de connexió ràpida i vàlvules electromagnètiques per al control automàtic del líquid de refrigeració.
• L'habitació utilitza un disseny de doble bucle, que garanteix que una única fuita d'armari estigui aïllada i no afecti el funcionament normal d'altres armaris.

 

El sistema de refrigeració líquida de placa freda pot aconseguir un control complet de fuites. Els armaris sencers estan equipats amb capacitats de detecció de fuites de tres nivells, proporcionant alertes precises de fuites.

 

• Els nodes utilitzen mànigues de corda submergides en aigua per detectar fuites i informar-les al BMC (Board Management Controller) per al seguiment i l'alerta.
• Els divisors d'armaris estan equipats amb sensors fotoelèctrics de fuites tant a l'entrada com a la sortida d'aigua, amb alertes de monitorització RMU (Ring Main Unit) comunicades a la plataforma de gestió de la xarxa.
• L'intercanviador de calor aire-líquid (porta de refrigeració líquida) supervisa els nivells d'aigua amb sensors de flotador i les alertes s'envien a la plataforma de gestió de la xarxa mitjançant RMU.

 

 

IV Baix consum d'energia: tecnologies innovadores d'estalvi d'energia guien el desenvolupament ecològic i baix en carboni als centres d'energia informàtica

 

Com a grans consumidors d'energia, els centres d'energia informàtica només subministren una petita part de la seva potència a les càrregues de TI, i el principal consum d'energia prové del sistema de refrigeració. En substituir els ventiladors i l'aire condicionat per la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda, que no requereix un consum continu d'electricitat, el consum total d'energia del centre d'energia informàtica es pot reduir considerablement, reduint significativament el valor PUE. La tecnologia de refrigeració líquida de placa freda, mitjançant una sèrie de tecnologies d'estalvi d'energia, com ara la distribució del fred, el control precís de la temperatura, el refredament d'aigua calenta i la recuperació de la calor residual, redueix significativament el consum d'energia dels centres d'energia informàtica, aconseguint una utilització eficient de l'energia.

 

▲ centres de potència

 

La tecnologia de refrigeració líquida de placa freda subministra directament refrigerant a baixa temperatura als components generadors de calor a través de la unitat de distribució de fred, absorbint de manera ràpida i eficient la calor generada pels servidors, escurçant eficaçment el camí de transferència de calor i millorant l'eficiència de refrigeració del sistema.

 

• En comparació amb els sistemes de refrigeració d'aire tradicionals, els sistemes de refrigeració líquida de placa freda redueixen la necessitat d'una refrigeració d'aire generalitzada, permetent un control precís de la temperatura i reduint significativament el consum d'energia de refrigeració dels centres d'energia informàtica.
• A més, la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda adopta la refrigeració per aigua tèbia, amb temperatures de l'aigua de sortida que arriben a 55-60 graus, permetent un refredament natural durant tot l'any. A més, amb temperatures de l'aigua de retorn superiors als 55 graus, l'alta qualitat tèrmica permet la recuperació de la calor residual per a la seva reutilització. La refrigeració líquida d'aigua calenta redueix la càrrega de dissipació de calor del sistema de refrigeració i la recuperació de la calor residual redueix el consum global d'energia. En conjunt, poden reduir significativament el consum d'energia dels centres de potència informàtica. A més del consum d'energia reduït del propi sistema de refrigeració, la refrigeració líquida de la placa freda ajuda a reduir encara més les temperatures dels xips, donant lloc a una major fiabilitat i un menor consum d'energia. Es preveu que el consum d'energia global del sistema disminueixi aproximadament un 5%.

 

 

V Fàcil manteniment: els armaris de servidor integrats permeten un manteniment simplificat automatitzat i intel·ligent

 

Amb el desenvolupament de la tecnologia i l'augment de la demanda, els centres de potència informàtica s'estan expandint a escala, i els seus entorns d'aplicació i sistema són cada cop més complexos, i requereixen més mà d'obra i suport tècnic per garantir l'estabilitat i la seguretat. Els armaris de refrigeració líquida de placa freda integrats són àmpliament reconeguts al mercat pels seus avantatges en un desplegament ràpid i un manteniment convenient.

 

▲ Armari de refrigeració líquida de placa freda integrat

 

Els armaris de servidors refrigerats per líquid aconsegueixen un manteniment automatitzat amb zero cables mitjançant un disseny d'inserció cega de tres busos per al circuit d'aigua de refrigeració líquida, la font d'alimentació i la xarxa d'intercanvi, simplificant molt el procés de manteniment i reduint els riscos de fallada.

 

• Després de ser instal·lats, provats i depurats a la línia de producció, els armaris de servidors refrigerats per líquid es poden lliurar directament al centre de dades del client, aconseguint una instal·lació zero in situ i reduint el cicle de lliurament a uns quants dies.
• Les canonades laterals secundàries utilitzen un disseny modular, amb components prefabricats a la fàbrica, eliminant la necessitat de soldadura i rentat in situ, millorant l'eficiència en un 50% i accelerant significativament el desplegament i l'activació.
• A més, els armaris de servidors refrigerats per líquid inclouen manteniment robòtic, identificació automàtica de la posició en U del servidor, integració de gestió de xarxes de tercers i gestió intel·ligent, simplificant els processos de manteniment alhora que millora l'eficiència del manteniment.

 

A través d'un disseny integrat, el manteniment automatitzat sense cable dels armaris de servidors refrigerats per líquid, la substitució eficient de components, el lliurament ràpid de l'armari, el disseny eficient de canonades i les capacitats de manteniment intel·ligent fan que el manteniment sigui més còmode, el desplegament més ràpid i les operacions més eficients, alhora que redueixen els costos de manteniment. i l'entrada de mà d'obra. Aquests avantatges fan que els armaris de servidors refrigerats per líquid siguin l'opció ideal per al funcionament fiable i el desenvolupament futur de centres d'energia informàtica.

 

 

VI Easy Retrofit: els avantatges d'operativitat flexible donen suport a l'actualització i transformació de centres de dades obsolets

 

Davant l'enduriment dels requisits i les polítiques de consum d'energia, els centres de potència informàtica tradicionals s'enfronten a reptes importants. Per satisfer les demandes de conservació d'energia i protecció del medi ambient, els operadors de centres de potència informàtica han de prendre mesures efectives. Entre aquests, la retroadaptació d'aire a líquid, amb la seva important eficiència econòmica, una gran utilització d'energia i un excel·lent rendiment, s'ha convertit en un camí factible per als operadors de centres d'energia informàtica per adaptar-se als requisits actuals de consum d'energia i als reptes ambientals.

 

▲ tecnologia de refrigeració líquida

 

Mitjançant la transició dels mètodes de refrigeració d'alguns o de tots els servidors de la tecnologia tradicional de refrigeració per aire a una tecnologia eficient de refrigeració líquida, els centres d'energia informàtica poden millorar significativament la utilització d'energia, reduir els valors de PUE i, per tant, disminuir el consum global d'energia. Aquest moviment no només ajuda a complir els requisits de consum d'energia, sinó que també millora l'eficiència de refrigeració del servidor, augmenta la capacitat de càlcul i redueix els problemes relacionats amb el soroll del ventilador i la circulació d'aire, millorant l'estabilitat i la fiabilitat dels servidors.

 

• En primer lloc, la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda ofereix una millor compatibilitat dels materials amb els components que generen calor. En un sistema de refrigeració líquida de placa freda, el refrigerant només flueix per les canonades de la placa freda i no entra directament en contacte amb la placa base del servidor i els components generadors de calor. Per tant, no cal un disseny de material especial per a la placa base i els components generadors de calor. En seleccionar el refrigerant, només cal tenir en compte la seva compatibilitat amb la canonada de circulació i la placa freda. Això fa que la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda sigui més flexible i adequada per a diversos equips de servidor sense requerir grans modificacions de maquinari.
• En segon lloc, la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda és fàcil de modificar. Aquesta tecnologia no altera la forma original de la placa base del servidor, sinó que la modifica tot conservant la placa base existent. Aquest mètode de modificació no només permet un fàcil desmuntatge i una instal·lació còmoda, sinó que també ofereix una millor viabilitat en termes de tecnologia, indústria i producció a gran escala. Com que no requereix grans canvis ni substitucions de la placa base, la instal·lació i el manteniment de la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda són més senzilles i convenients, alhora que redueixen la dificultat d'augmentar la producció en tecnologia i indústria. En canvi, la tecnologia de refrigeració líquida per immersió requereix normalment el disseny de plaques base especialitzades refrigerades per líquid per adaptar-se a les seves característiques totalment submergides, cosa que sens dubte augmenta els costos tant tècnics com de fabricació.

 

Aprofitant aquests avantatges, la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda és més còmoda i rendible en aplicacions pràctiques, la qual cosa la converteix en la tecnologia preferida per actualitzar i adaptar antics sistemes de refrigeració d'aire a líquid en centres d'energia informàtica.