Disinn ta' Sistemi Effiċjenti ta' Tkessiħ Likwidu għal Ċentri tad-Data

 

I Komponenti tas-Sistema tat-Tkessiħ taċ-Ċentru tad-Data

 

Il-maġġoranza tal-enerġija elettrika kkunsmata mit-tagħmir tal-IT tiġi kkonvertita fi sħana mormija. Biex jiġi żgurat li t-tagħmir tal-IT jopera f'medda ta' temperatura xierqa, iċ-ċentri tad-dejta huma mgħammra b'sistemi ta' tkessiħ u dissipazzjoni tas-sħana, inklużi chillers, torrijiet tat-tkessiħ, u unitajiet ta' arja kondizzjonata ta' preċiżjoni, li jneħħu s-sħana mormija miċ-ċentru tad-dejta. Il-proċess tat-trasferiment tas-sħana huwa illustrat fil-Figura 1. Il-punti ewlenin tal-konsum tal-enerġija jinkludu chillers, torrijiet tat-tkessiħ, pompi u unitajiet ta 'preċiżjoni tal-arja kondizzjonata.

 

▲ Figura 1: Trasferiment tas-Sħana fiċ-Ċentri tad-Dejta

 

Bħalissa, il-midja primarja tat-trasferiment tas-sħana fiċ-ċentri tad-dejta huma l-arja jew l-ilma. L-ilma, b'kapaċità ta 'sħana speċifika ta' pressjoni kostanti ta '1.004 kJ/(KgK) u kapaċità ta' sħana speċifika ta '4200 kJ/(KgK), għandu kapaċità ta' trasferiment tas-sħana bejn wieħed u ieħor 1,000 darbiet akbar mill-arja. Għalhekk, l-użu tal-ilma bħala mezz li jkessaħ huwa metodu effettiv li jiffranka l-enerġija fid-disinn tas-sistemi tat-tkessiħ. Biex tittejjeb l-effiċjenza enerġetika tas-sistemi tat-tkessiħ, jintużaw miżuri bħal radjaturi ta 'effiċjenza għolja u kunsinna preċiża tal-arja biex jaqbdu u jittrasferixxu s-sħana.

 

Fl-arja kondizzjonata ta 'preċiżjoni, it-tkessiħ evolva minn kmamar tad-dejta modulari fil-livell tal-kamra u tkessiħ fil-livell tar-rack, li jersaq eqreb lejn is-sors tas-sħana u jnaqqas il-konsum tal-enerġija fit-trasport tal-likwidu li jkessaħ. Il-ġenerazzjoni tas-sorsi tat-tkessiħ imxiet 'il quddiem mit-tkessiħ tal-arja għat-tkessiħ tal-ilma u t-tkessiħ naturali, u ssaħħaħ l-effiċjenza tat-trasferiment tas-sħana esterna.

 

 

Is-sistemi tat-tkessiħ tradizzjonali għandhom sistemi ta 'kontroll indipendenti u strateġiji operattivi għal arja kondizzjonata ta' preċiżjoni, chillers, u torrijiet tat-tkessiħ, li jottimizzaw l-effiċjenza lokalment. Madankollu, l-effiċjenza ġenerali tat-tkessiħ għadha teħtieġ titjib.

 

Titjib sistematiku jista 'jinkiseb permezz ta' ġestjoni tarf sa tarf u kontroll preċiż tal-ġbir tas-sħana, il-preparazzjoni tas-sors tat-tkessiħ, u t-trasferiment estern tas-sħana, u b'hekk jitnaqqas il-konsum tal-enerġija tas-sistema tat-tkessiħ.

 

 

II Disinn tas-Sistema tat-Tkessiħ Likwidu minn tarf sa tarf

 

1. Disinn tat-Tkessiħ Likwidu fil-Livell tal-Bord

Bit-tkabbir esponenzjali fid-domanda tal-enerġija tal-kompjuters, l-integrazzjoni u l-konsum tal-enerġija tas-CPUs u l-GPUs żdiedu b'mod sinifikanti, bil-konsum tal-enerġija b'ċippa waħda jilħaq 300W. Is-sinkijiet tas-sħana taċ-ċippa tradizzjonali u s-soluzzjonijiet tat-tkessiħ tal-arja ltaqgħu ma 'konġestjonijiet tat-tkessiħ. Peress li ċ-ċippa hija s-sors tas-sħana, l-isfida primarja għas-sistema tat-tkessiħ taċ-ċentru tad-dejta hija li tneħħi b'mod effiċjenti s-sħana minn ġewwa ċ-ċippa.

 

Minn perspettiva ta 'dissipazzjoni tas-sħana, is-sħana ġġenerata miċ-ċippa għandha l-ewwel tiġi ttrasferita lejn is-sink tas-sħana fil-livell tal-bord. Soluzzjonijiet ta 'heatsink aktar effiċjenti se jiffaċilitaw ġbir aħjar tas-sħana.

 

Għal ċipep wieħed b'konsum ta 'enerġija taħt 200W u tagħmir tal-IT b'konsum ta' enerġija taħt 20kW għal kull rack, l-arja tista 'tkompli tintuża bħala l-mezz tat-trasferiment tas-sħana. Heatsinks tal-pajpijiet tas-sħana u heatsinks tal-kamra tal-fwar (VC), flimkien ma 'materjali TIM ta' konduttività termali għolja (bħal folji tal-grafita/grafene), inaqqsu b'mod effettiv ir-reżistenza termali bejn iċ-ċippa u l-bażi tas-sħana, itejbu l-effiċjenza tas-sħana.

 

Għal ċipep wieħed b'konsum ta 'enerġija li jaqbeż 200W u tagħmir tal-IT b'konsum ta' enerġija li jaqbeż l-20kW għal kull rack, l-arja m'għadhiex biżżejjed bħala l-mezz tat-trasferiment tas-sħana, u likwidu li jkessaħ għandu jintuża għat-tkessiħ. It-teknoloġija tal-pjanċa kiesħa mkessħa bil-likwidu bħalissa hija soluzzjoni matura għat-tkessiħ taċ-ċippa fil-livell tal-bord. Pjanċa kiesħa mkessħa bil-likwidu tikkonsisti f'konnetturi tad-dħul u tal-ħruġ, kopertura ta 'fuq, u pjanċa tal-bażi, li huma konnessi permezz ta' brazing bil-vakwu biex jiffurmaw kamra tal-iskambju tas-sħana likwida ssiġillata. Il-kamra tinkludi kmamar tad-distribuzzjoni u diversi kanali tal-fluss tal-wisa ', li jikkontrollaw il-fluss tal-fluwidu u jżidu t-taqlib, itejbu l-kapaċitajiet ta' tkessiħ lokali u jeliminaw hot spots ikkawżati minn ċipep ta 'qawwa għolja. L-istruttura interna hija murija fil-Figura 2.

 

▲ Figura 2: Cross-Section ta 'Pjanċa kiesħa mkessħa b'likwidu

 

Tipi differenti ta 'bordijiet fi ħdan l-istess rack għandhom livelli ta' enerġija u hot spots li jvarjaw, iżda l-pressjoni tal-provvista fil-konnettur tad-daħla tal-linja tal-provvista tal-likwidu hija ġeneralment l-istess, u teħtieġ li l-kamra tad-distribuzzjoni tal-pjanċa tal-kesħa tikkontrolla t-throttling. Għal bordijiet b'konsum ta 'enerġija ta' ċippa aktar baxx, it-throttling inaqqas il-fluss tal-likwidu li jkessaħ. Fil-prattika, pjanċi kesħin imkessħa bil-likwidu jkopru s-CPU, il-memorja u komponenti oħra ta 'qawwa għolja, iżda komponenti bħal resistors u capacitors, li mhumiex koperti, jiġġeneraw sħana residwa li teħtieġ tkessiħ tal-fann. Dan jirriżulta f'kombinazzjoni ta 'tkessiħ likwidu u bl-arja fi ħdan is-sistema, li tħalli lok għal titjib fl-effiċjenza tat-tkessiħ.

 

Bl-użu ta 'materjali TIM biex ikopru l-komponenti kollha waqt id-disinn tal-pjanċa kiesħa, jista' jinkiseb teknikament 100% tkessiħ likwidu, iżda dan iżid l-ispiża u l-kumplessità tal-pjanċa kiesħa. Filwaqt li jiġi segwit tkessiħ effiċjenti, l-investiment tal-ispiża inizjali għandu jiġi kkunsidrat ukoll. Jekk it-tipi ta 'bord tan-nodi huma uniformi, jista' jiġi kkunsidrat bord kompletament kopert, bi spejjeż inizjali kkumpensati billi tiżdied il-produzzjoni, u jinkiseb bilanċ bejn l-iffrankar tal-enerġija u l-investiment.

 

 

L-ilma dejonizzat huwa tipikament użat bħala l-likwidu li jkessaħ fit-tkessiħ likwidu minħabba l-kapaċità ta 'sħana speċifika għolja tiegħu, li jippermetti assorbiment rapidu tas-sħana filwaqt li ma jkunx korrużiv, u b'hekk ma jaffettwax l-affidabbiltà tal-pipeline. It-tkessiħ tal-likwidu tal-pjanċa kiesħa huwa indirett, biċ-ċippa ma tikkuntattjax direttament il-likwidu li jkessaħ, li jirriżulta f'affidabilità għolja u teknoloġija matura.

 

Madankollu, teżisti reżistenza termali bejn iċ-ċippa u l-likwidu li jkessaħ, li twassal lil xi manifatturi biex jippromwovu soluzzjonijiet ta 'tkessiħ ta' immersjoni. Fit-tkessiħ tal-immersjoni, it-tagħmir tal-IT huwa mgħaddas f'likwidu li jiċċirkola, biċ-ċippa tikkuntattja direttament il-likwidu li jkessaħ, tnaqqas ir-reżistenza termali filwaqt li tissaħħaħ il-bidla tal-fażi biex tneħħi aktar sħana, u tagħmilha hotspot ġdid fit-tkessiħ likwidu. Likwidi fluworinati huma komunement użati bħala likwidu li jkessaħ fit-tkessiħ bl-immersjoni, iżda l-ispiża għolja tagħhom hija ostaklu għall-użu kummerċjali fuq skala kbira.

 

2. Tkessiħ Likwidu fil-Livell tar-Rack

Fiċ-ċentri tad-dejta, it-tagħmir tal-IT huwa rranġat minn xtillieri, li fihom tagħmir ta 'informazzjoni taċ-ċentru tad-dejta bħal servers, tagħmir tal-ħażna, u swiċċijiet tan-netwerk. Filwaqt li t-tkessiħ fil-livell tal-bord ineħħi s-sħana minn apparati tal-IT individwali, it-tkessiħ fil-livell tar-rack jiġbor u jittrasferixxi s-sħana barra. Komponenti ewlenin fit-tkessiħ tal-likwidu fil-livell tar-rack jinkludu manifolds tad-dħul u tal-ħruġ, unitajiet ta 'monitoraġġ, sensuri tat-temperatura, valvi tas-solenojd, u valvi ta' verifika, kif muri fil-Figura 3.

 

▲ Figura 3: Konfigurazzjoni tat-Tkessiħ Likwidu fil-Livell tar-Rack

 

Il-Manifold jgħaqqad esternament mal-unità tad-distribuzzjoni tat-tkessiħ tal-likwidu fil-livell tal-kamra u internament permezz ta 'konnetturi ta' malajr mal-konnetturi tad-daħla u tal-ħruġ tal-pjanċa tal-kesħa mkessħa bil-likwidu, li jiffaċilita t-trasferiment tas-sħana tas-sistema għal barra tar-rack.

Il-funzjonijiet ewlenin tal-valv tas-solenojd u l-valv ta 'kontroll huma li jikkontrollaw il-fluss tal-likwidu u li jillimitaw il-limitu ta' falliment għal rack wieħed fil-każ ta 'tnixxija.

 

Ir-rwol primarju tas-sensor tat-temperatura huwa li jissorvelja kontinwament it-temperaturi tal-ilma tad-dħul u tal-ħruġ. Billi tuża d-differenza fit-temperatura bejn l-ilma tad-dħul u tal-ħruġ, tikkontrolla l-ftuħ tal-valv tas-solenojd, u b'hekk tikkontrolla l-fluss tal-ilma u tiżgura li s-sħana u l-fluss ikunu mqabbla.

Is-sistema tat-tkessiħ tal-likwidu tuża ilma dejonizzat bħala l-fluwidu tax-xogħol, li teoretikament mhux se jikkawża short circuits.

 

Madankollu, bords taċ-ċirkwiti jew komponenti elettroniċi ħafna drabi jkollhom partiċelli tat-trab, u meta l-ilma dejonizzat jiġi f'kuntatt mal-bord taċ-ċirkwit, jista 'jikkawża ċirkwit qasir. Dan huwa wieħed mill-ostakli u t-tħassib ewlenin fl-implimentazzjoni tat-tkessiħ likwidu. Biex tiġi indirizzata l-kwistjoni tat-tnixxija tal-pjanċa tal-kesħa, jintużaw miżuri bħal kontroll tal-kwalità, monitoraġġ ta 'mikro-tnixxija, u prevenzjoni ta' tnixxijiet kbar f'daqqa.

 

Il-kontroll tal-kwalità huwa maqsum fi stadji ta 'applikazzjoni ta' produzzjoni u installazzjoni. Fl-istadju tal-produzzjoni, l-affidabbiltà tal-proċess hija żgurata, 100% tal-pjanċi kesħin jgħaddu minn ittestjar tal-pressjoni, u l-ultrasound jintuża għal kampjunar każwali u skoperta ta 'difetti. Fittings b'konnessjoni mgħaġġla għandhom jiġu vvalidati għal inserzjoni effettiva u affidabilità fit-tul. Fl-istadju tal-applikazzjoni tal-installazzjoni, il-pajpijiet sekondarji għandhom jitlaħlaħ nadif qabel l-installazzjoni biex jipprevjenu l-impuritajiet milli jikkawżaw imblukkar f'tagħmir ta 'konnessjoni mgħaġġla, ġamm tar-rebbiegħa, jew fallimenti taċ-ċirku tal-gomma, u b'hekk jipprevjenu tnixxijiet waqt it-tħaddim. Il-miżuri ta 'hawn fuq għandhom l-għan li jipprevjenu tnixxijiet kemm jista' jkun.

 

 

Jekk pjanċa kiesħa tiżviluppa mikro-tnixxija, għandha tkun skoperta u tiskatta allarm biex iħeġġeġ lill-persunal tal-manutenzjoni biex isewwiha minnufih. Hemm żewġ metodi ta 'skoperta: wieħed qed juża sensor ta' immersjoni fl-ilma, li huwa installat fuq it-trej tat-taqtir. Il-funzjoni ewlenija tat-trej tat-taqtir hija li tiffaċilita s-sejbien tat-tnixxija u tevita li likwidu joħroġ barra l-ixtilliera, u jnaqqas it-tixrid tal-ħsarat.

 

Filwaqt li l-iskoperta tas-sensorju tal-immersjoni tal-ilma hija matura u affidabbli, teħtieġ li l-fluwidu li jnixxi jakkumula fit-trej tat-taqtir wara li jgħaddi tul il-bord tal-ħardwer u l-fittings tar-rack, sa liema żmien l-ammont totali ta 'fluwidu li jnixxi jista' jkun konsiderevoli u jista 'jkun diġà għamel ħsara lill-bord u komponenti matul il-fluss.

 

Il-metodu l-ieħor huwa l-monitoraġġ f'ħin reali. Sustanza tat-traċċar b'punt ta 'togħlija baxx titħallat fil-fluwidu tax-xogħol, u fil-każ ta' tnixxija, sensor tal-gass mibni fil-bord jiskopriha. Tnixxijiet f'daqqa fuq skala kbira huma rari iżda ta 'impatt kbir. Biex jiġu evitati inċidenti bħal dawn, valvoli ta 'kontroll huma installati fid-daħla u l-ħruġ tal-manifold fuq l-ixtilliera. Dawn il-valvi ta 'kontroll jagħlqu awtomatikament meta tinstab differenza sinifikanti fil-pressjoni.

 

3. Disinn tat-Tkessiħ Likwidu fil-Livell tal-Kamra

It-tkessiħ fil-livell tal-kamra huwa ddisinjat biex jittrasferixxi s-sħana estratta mill-ixkafef għal barra. Is-soluzzjoni tat-tkessiħ tal-likwidu fil-livell tal-kamra tinkludi kamra tad-dejta modulari mkessħa bil-likwidu, chillers, pompi tal-ilma, torrijiet tat-tkessiħ, pajpijiet, u aktar, kif muri fil-Figura 4.

 

▲ Figura 4: Konfigurazzjoni tat-Tkessiħ Likwidu fil-Livell tal-Kamra

 

Tipikament, kamra tad-dejta modulari mkessħa b'likwidu fiha żewġ unitajiet ta' distribuzzjoni ta' tkessiħ likwidu (CDUs), 10-20 xtillieri tal-IT, 1-2 arja kondizzjonata fil-livell ta' ringiela, u tagħmir tal-provvista tal-enerġija, kif muri fil-Figura 4.

 

L-unità tad-distribuzzjoni tat-tkessiħ tal-likwidu (CDU) hija responsabbli biex tqassam il-fluwidu tax-xogħol fost l-ixkafef imkessħa bil-likwidu tal-IT, li tipprovdi distribuzzjoni tal-fluss tan-naħa sekondarja, kontroll tal-pressjoni, iżolament fiżiku u funzjonijiet kontra l-kondensazzjoni. Matul it-tħaddim attwali, is-CDU jipprovdi ċertu fluss u temperatura ta 'ilma li jkessaħ lill-ixkafef imkessħa bil-likwidu tal-IT, li jidħol fil-pjanċi kesħin imkessħa bil-likwidu permezz tal-manifold, ineħħi s-sħana ġġenerata mill-proċessuri u l-komponenti ewlenin, u jirritorna t-tkessiħ imsaħħan ilma għall-unità intermedja tal-iskambju tas-sħana tas-CDU. Is-sħana mbagħad tiġi rilaxxata fil-pipeline ta 'l-ilma tar-ritorn ta' barra, u dan il-porzjon tas-sħana jiġi skarikat fl-ambjent ta 'barra permezz ta' chillers jew coolers niexfa, u jitlesta l-proċess ta 'ġestjoni tas-sħana għas-servers imkessħa bil-likwidu.

 

Is-CDU jirregola t-temperatura u l-fluss tal-likwidu li jkessaħ li jidħol fil-pjanċi kesħin imkessħa bil-likwidu, u b'hekk jipprovdi tkessiħ lill-ixkafef tal-IT u jqassam il-qawwa tat-tkessiħ. L-unità ta 'skambju tas-sħana interna għandha wkoll rwol fl-iżolament taċ-ċirkwit tal-provvista tal-likwidu bejn il-kamra tad-dejta modulari u l-ambjent ta' barra. Minħabba r-rwol kritiku tiegħu, is-CDU normalment timpjega konfigurazzjoni ta' redundancy 1+1. Is-CDU jikkontrolla l-fluss tal-likwidu li jkessaħ billi jiskopri t-temperaturi tal-ilma tad-dħul u tal-ħruġ u l-pressjoni tal-provvista u jaġġusta l-veloċità tal-pompa tal-ilma tal-provvista.

 

 

Bħalissa, il-biċċa l-kbira tas-sistemi ta 'kontroll CDU ma jorbtux mas-sensuri tat-temperatura fi ħdan l-ixkafef, li jirriżulta f'kontroll relattivament oħxon. Biex tiġi indirizzata din il-kwistjoni, xi applikazzjonijiet issostitwixxu CDUs ċentralizzati b'CDUs distribwiti, li huma integrati fl-ixkafef. Dan il-mod, l-aġġustamenti tal-fluss CDU huma kompletament ibbażati fuq l-istatus operattiv u l-varjazzjonijiet fil-konsum tal-enerġija tar-rack. Is-CDU ċentralizzati huma adattati għal xenarji b'numru kbir ta 'xtillieri mkessħa bil-likwidu li jistgħu jiġu kkonsolidati f'kamra tad-dejta modulari, filwaqt li CDUs distribwiti huma adattati aħjar għal sitwazzjonijiet b'2-3 xtillieri mkessħa bil-likwidu biss, li jagħmlu l-iskjerament aktar faċli.

 

 

III Konklużjoni

 

Taħt il-gwida ta' miri ta' karbonju doppju, iċ-ċentri tad-dejta għandhom missjoni doppja: minn naħa waħda, permezz ta' operazzjonijiet intensivi u skalati, jipprovdu biżżejjed saħħa tal-kompjuter għall-ekonomija diġitali. L-applikazzjoni mifruxa ta 'xtillieri ta' densità għolja u ċipep ta 'qawwa għolja, immexxija mill-effiċjenza tal-qawwa tal-kompjuters taċ-ċentru tad-dejta, ikkawżat li tkessiħ tal-arja tradizzjonali jiltaqa' ma 'konġestjonijiet. Min-naħa l-oħra, bl-użu ta 'skambjaturi tas-sħana ta' effiċjenza għolja, tkessiħ likwidu, u tkessiħ naturali minn coolers niexfa, iċ-ċentri tad-dejta jistgħu jnaqqsu l-konsum tal-enerġija tagħhom stess.

 

Wara li tadotta t-tkessiħ likwidu, l-effiċjenza tat-tkessiħ titjieb b'mod sinifikanti, bil-konsum tal-enerġija tas-sistemi tat-tkessiħ imnaqqas minn 37% għal madwar 10%, li jirriżulta f'iffrankar sinifikanti tal-enerġija u tnaqqis tal-karbonju. Jekk 50% taċ-ċentri tad-data mibnija ġodda madwar il-pajjiż jadottaw tkessiħ likwidu, 45 biljun kWh ta 'elettriku jistgħu jiġu ffrankati kull sena, u 3 miljun tunnellata ta' CO₂ l-emissjonijiet jistgħu jitnaqqsu.