Revolució dels servidors complets refrigerats per líquid Solucions de refrigeració eficients per a CPU, memòria i PCIe
Sep 12, 2024
Deixa un missatge
En el context del 14è Pla quinquennal de la Xina, que posa èmfasi en el desenvolupament de l'economia digital, els centres de dades serveixen com a infraestructura bàsica per donar suport a la transformació digital, però també s'enfronten a pressions importants d'emissió de carboni. Amb l'augment del consum d'energia del xip i del servidor, la densitat de potència per bastidor augmenta i la refrigeració tradicional per aire es limita gradualment en termes de dissipació de calor i optimització energètica.
▲ Centres de dades
La refrigeració líquida, com a tecnologia de refrigeració emergent, utilitza refrigerant líquid per endur-se la calor generada pels components. En comparació amb la refrigeració per aire, la refrigeració líquida ofereix diversos avantatges, com ara suport per a xips d'alta potència, vida útil ampliada dels xips, PUE reduït (Efectivitat de l'ús d'energia) dels centres de dades, eficiència de transferència de calor millorada, punts de calor minimitzats, suport per a densitats de bastidor més altes, reducció soroll i millora de l'adaptabilitat ambiental. Per tant, la refrigeració líquida es convertirà en una part important de la futura construcció del centre de dades, crucial per assolir els objectius de computació verda i neutralitat de carboni.
Els nodes dels servidors totalment refrigerats per líquid es componen d'un xassís de nodes, placa base, xips de CPU, mòduls de memòria, plaques fredes de memòria, plaques fredes de CPU, plaques fredes IO, fonts d'alimentació i intercanviadors de calor de fonts d'alimentació.
I Disseny de placa freda de CPU
El mòdul de placa freda de la CPU està dissenyat en funció dels requisits de la placa freda del processador escalable de la plataforma Xeon de 5a generació Intel. Té en compte factors com la dissipació de calor, el rendiment estructural, el rendiment, el cost i la compatibilitat amb diferents materials en el disseny de plaques fredes, donant com a resultat un disseny de referència optimitzat. La placa freda de la CPU consta principalment d'un suport d'alumini, una placa freda i connectors de placa freda.
▲ Placa freda de CPU
II Disseny de refrigeració líquida de memòria
El disseny de refrigeració líquida de memòria utilitza un innovador dissipador de calor de refrigeració líquida "lligada de ferrocarril", anomenat per la seva semblança amb les travesses de les vies del ferrocarril quan les ranures de memòria estan completament ocupades. Aquest disseny combina la refrigeració per aire tradicional amb la refrigeració per placa freda. El dissipador de calor, que incorpora tubs de calor (o fet d'alumini/coure pur, VaporChamber, etc.), transfereix la calor de la memòria als dos extrems, que després entra en contacte amb la placa freda a través de coixinets tèrmics seleccionats, permetent el refrigerant líquid a la placa freda. per endur-se la calor.
La memòria i el dissipador de calor es poden muntar en una unitat de manteniment mínim (anomenada mòdul de memòria) fora del sistema mitjançant accessoris. La placa freda de memòria està dissenyada amb una estructura per garantir un bon contacte entre el dissipador de calor i la placa freda de memòria. Aquesta estructura es pot fixar amb cargols o mantenir-se sense eines segons sigui necessari. La part superior de la placa freda de memòria refreda la memòria, mentre que la part inferior pot refredar altres components que generen calor a la placa base, com ara VR, maximitzant l'ús de la placa freda de memòria. Per simplificar el disseny de la placa freda, es pot introduir un suport adaptador entre la memòria i la placa base per satisfer l'alçada lliure de les diferents plaques base.
▲ Placa freda de memòria
En comparació amb les solucions de refrigeració líquida basades en tubs existents al mercat, el disseny de refrigeració líquida "lligadura de ferrocarril" té els avantatges següents:
Facilitat de manteniment:Durant el manteniment de la memòria, el mòdul de memòria es realitza igual que un mòdul de memòria refrigerat per aire, sense necessitat de treure el dissipador de calor i els elements de fixació. Això millora considerablement l'eficiència i la fiabilitat del muntatge alhora que redueix els danys potencials als xips de memòria i els coixinets tèrmics durant la instal·lació i l'eliminació.
Bona compatibilitat: TEl rendiment de refrigeració no es veu afectat pels diferents gruixos o espais dels xips de memòria. La solució admet un espai mínim de memòria de 7,5 mm i és compatible cap amunt. El disseny desacoblat del dissipador de calor i la placa freda permet la reutilització i l'estandardització de la memòria refrigerada per líquid.
Major rendibilitat:El dissipador de calor es pot seleccionar en funció del consum d'energia de la memòria i el nombre de dissipadors de calor es pot configurar segons els requisits de memòria. Per a un espai de memòria de 7,5 mm, aquesta solució pot satisfer les necessitats de refrigeració dels mòduls de memòria amb un consum d'energia superior a 30 W.
Fàcil de fabricar i muntar:No hi ha tubs de refrigeració líquida entre les ranures de memòria, eliminant la necessitat de la soldadura de tubs complexos i el control del procés. El dissipador de calor es pot fabricar mitjançant la refrigeració per aire tradicional i les tècniques estàndard de fabricació de plaques fredes de CPU. El rendiment tèrmic no és sensible a les toleràncies entre el dissipador de calor i la placa base en la direcció perpendicular al pla del xip de memòria, facilitant el muntatge.
Alta fiabilitat:El disseny de refrigeració líquida "lligat de ferrocarril" evita possibles danys als xips de memòria i els coixinets tèrmics durant el muntatge i compleix els requisits per a múltiples insercions/extraccions. A més, elimina el risc de problemes de contacte del senyal entre la memòria i els endolls a causa de la desalineació, millorant molt la fiabilitat del sistema.
III Disseny de refrigeració líquida SSD
La innovadora solució de refrigeració líquida SSD transfereix la calor de la zona SSD a través d'un dissipador de calor amb tubs de calor integrats. A continuació, la calor es condueix a la placa freda fora de l'àrea SSD mitjançant el contacte directe amb els coixinets tèrmics.
Aquesta solució de refrigeració líquida SSD consisteix principalment en un mòdul SSD amb un dissipador de calor, una placa freda SSD, un mecanisme de bloqueig del mòdul SSD i un suport SSD. El mecanisme de bloqueig del suport SSD garanteix una precàrrega adequada per mantenir un contacte fiable a llarg termini entre el mòdul SSD i la placa freda. Per facilitar la instal·lació en espais reduïts, el suport SSD adopta un disseny de tipus calaix en la direcció de profunditat del servidor.
▲ Disseny de refrigeració líquida SSD
En comparació amb els intents de refrigeració líquida SSD existents, els avenços d'aquesta solució inclouen:
- Admet més de 30 insercions/eliminacions intercanviables en calent sense apagar.
- Sense risc de danyar els materials de la interfície tèrmica durant la instal·lació de l'SSD; el mecanisme de bloqueig garanteix la fiabilitat del contacte a llarg termini.
- Baixa complexitat de fabricació, que només requereix processos tradicionals de refrigeració per aire i de fabricació de plaques fredes de CPU.
- No hi ha vies d'aigua entre els SSD, cosa que permet que múltiples SSD comparteixin una sola placa freda, reduint el nombre de connectors i reduint el risc de fuites.
- Adaptació flexible a diferents gruixos SSD i configuracions del sistema.
IV Disseny de refrigeració líquida de la targeta NPCIe/OCP
1. Solució de refrigeració líquida PCIe
La solució de refrigeració líquida de la targeta PCIe es basa en la targeta PCIe refrigerada per aire existent. Aconsegueix la refrigeració del mòdul òptic i dels xips principals de la targeta PCIe desenvolupant un mòdul de refrigeració que es posa en contacte amb la placa freda del sistema. La calor del mòdul òptic es transfereix mitjançant tubs de calor al mòdul principal del dissipador de calor de la targeta PCIe, que després dissipa la calor mitjançant el contacte amb la placa freda IO utilitzant materials d'interfície tèrmica adequats.
La targeta PCIe refrigerada per líquid consta principalment d'una pinça de dissipador de calor QSFP, un mòdul de dissipador de calor de xip PCIe i una targeta PCIe. La pinça QSFP ha de tenir prou elasticitat per garantir un contacte flotant adequat durant la instal·lació, evitant danys al mòdul òptic alhora que garanteix un bon contacte per a un rendiment de refrigeració òptim.
▲ Refrigeració líquida PCIe
2. OCP 3.0 Solució de refrigeració líquida
La solució de refrigeració líquida de la targeta OCP 3.0 és similar a la targeta PCIe. Personalitza un dissipador de calor de refrigeració líquida per a la targeta OCP 3.0, transferint la calor dels xips principals de la targeta al dissipador de calor de refrigeració líquida. A continuació, s'elimina la calor mitjançant el contacte entre el dissipador de calor i la placa freda IO del sistema.
El mòdul de refrigeració líquida OCP 3.0 consisteix principalment en un mòdul dissipador de calor, una targeta OCP 3.0 i el seu suport. A causa de les limitacions d'espai, el mecanisme de bloqueig utilitza cargols de molla per garantir la fiabilitat del contacte a llarg termini entre el mòdul del dissipador de calor i la placa freda IO.
▲ OCP 3.0 Refrigeració líquida
Tenint en compte la necessitat d'un manteniment fàcil i de múltiples insercions/extraccions intercanviables en calent de la targeta OCP 3.0, el mecanisme de bloqueig i els materials de la interfície tèrmica s'han optimitzat per millorar la fiabilitat general i la comoditat del manteniment.
3. Solució de placa freda IO
La placa freda IO és una placa freda multifuncional, que refreda no només els components que generen calor a l'àrea d'IO de la placa base, sinó també les targetes PCIe i OCP 3.0 refrigerades per líquid.
▲ IO Placa freda
La placa freda IO consisteix principalment en un cos d'aliatge d'alumini i tubs de coure per al flux de refrigerant i una millor dissipació de la calor. El disseny s'ha d'optimitzar segons la disposició de la placa base i els requisits de dissipació de calor. Els mòduls de la targeta PCIe i OCP 3.0 refrigerats per líquid contacten amb la placa freda d'IO per les vies designades. Els materials refrigerants han de ser compatibles amb el refrigerant i els agents humectants de la canonada del sistema.
▲ IO Placa freda
Aquesta solució de refrigeració líquida per a la placa freda IO satisfà les necessitats de muntatge multidimensional de diversos components, utilitzant una combinació de materials de coure i alumini per resoldre problemes de compatibilitat. Assegura una dissipació efectiva de la calor, redueix el pes de la placa freda en un 60% i redueix els costos.
V Font d'alimentació Disseny de placa freda
La solució de refrigeració líquida de la font d'alimentació integra un intercanviador de calor d'aire a líquid extern amb la font d'alimentació refrigerada per aire (PSU) existent, refredant l'aire expulsat pel ventilador de la PSU i reduint l'efecte de preescalfament a l'entorn del centre de dades extern.
L'intercanviador de calor posterior PSU presenta una estructura multicapa amb canals de flux i aletes superposats. Les dimensions de l'intercanviador de calor estan optimitzades per a les necessitats d'espai i funcionals sense afectar les connexions del cable de la PSU. L'intercanviador de calor es munta de manera independent al xassís del node.
▲ Font d'alimentació Refrigeració líquida
Aquesta innovadora solució de refrigeració líquida de font d'alimentació elimina la necessitat de desenvolupar noves PSU refrigerades per líquid, escurçant el temps de desenvolupament i reduint costos. La seva alta adaptabilitat permet que s'apliqui de manera flexible a diversos dissenys de PSU, estalviant més d'un 60% en comparació amb les PSU personalitzades refrigerades per líquid.
Per a aplicacions de bastidor complet, es pot utilitzar un intercanviador de calor d'aire a líquid centralitzat en lloc d'intercanviadors de calor posterior distribuïts per a cada PSU. Aquesta estructura centralitzada substitueix els intercanviadors de calor PSU individuals, proporcionant refrigeració a través d'un sistema que s'integra amb les vies de flux d'aire del bastidor, garantint cap impacte en l'entorn de la sala de servidors.
Un únic intercanviador de calor centralitzat pot gestionar 8 kW de capacitat de refrigeració, suportant almenys 150PSU. Els components principals de l'intercanviador de calor d'aire a líquid centralitzat inclouen un nucli de l'intercanviador de calor, ports d'entrada i sortida d'aigua, tubs de refrigeració de coure, carcassa d'alumini i aletes de guia de flux. Aquesta configuració permet una refrigeració eficient i escalable de la PSU en centres de dades d'alta densitat.
Conclusió
▲ Servidor totalment refrigerat per líquid
La tecnologia de refrigeració líquida, com l'exemplifican aquests dissenys optimitzats, és clau per gestionar l'augment de la producció de calor dels centres de dades moderns alhora que impulsa els objectius d'eficiència i sostenibilitat. Amb les innovacions en solucions de placa freda per a CPU, memòria, SSD, targetes PCIe/OCP i fonts d'alimentació, aquests servidors refrigerats per líquid estan obrint el camí cap a un futur de centres de dades més ecològics i de més rendiment.