Тел.: +86-18025912990 |Электронная почта: wst01@winsharethermal.com
Блог
Pусский
Просмотры:11 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2025-04-30 Происхождение:Работает
Цифровой мир работает в центрах обработки данных, и по мере того, как наша зависимость от данных растет в геометрической прогрессии, так и потребляемая мощность - и генерируется тепло - этими критическими средствами. Рост искусственного интеллекта (ИИ), высокопроизводительных вычислений (HPC) и все более плотного серверного оборудования подтолкнуло традиционные методы воздушного охлаждения к своей точке разрыва. Плотность тепла в стойках сервера растут, что делает эффективное тепловое управление первостепенной для эксплуатационной стабильности, долговечности оборудования и устойчивости окружающей среды.
Войдите в погружение, охлаждая , трансформирующий подход, который выходит за пределы воздуха и привносит жидкость непосредственно в контакт с тепло-генерирующими компонентами. Погрузив его в специализированные диэлектрические (непроводящие) жидкости, иммерсионное охлаждение обеспечивает значительно превосходные возможности теплопередачи. Тем не менее, 'Погружение охлаждения ' не монолитно; В основном он охватывает две различные технологии: однофазное погружение в погружение (1-PIC) и двухфазное погружение (2-PIC) . Понимание фундаментальных различий, преимуществ и компромиссов между этими двумя подходами имеет решающее значение для принятия обоснованных решений о охлаждении центра обработки данных следующего поколения. Эта статья обеспечивает всестороннее сравнение с руководством этого выбора.
В однофазной системе погружения охлаждения ИТ-оборудование (серверы, графические процессоры, ASIC) вертикально или горизонтально погружено в резервуар, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью. Тепло, генерируемое компонентами, передается непосредственно в окружающую жидкость в основном через конвекцию. Важно отметить, что охлаждающая жидкость остается в своем жидком состоянии на протяжении всего этого первичного процесса охлаждения-следовательно, 'Однофазная. '
Чтобы удалить поглощенное тепло, нагретая диэлектрическая жидкость активно циркулируется насосами из погружного резервуара. Он течет к внешнему блоку отторжения тепла, обычно в единицу распределения охлаждающей жидкости (CDU), который содержит теплообменник (часто от жидкости до жидкости). Здесь тепло переносится из диэлектрической охлаждающей жидкости на вторичную петлю, обычно воду для объекта. Теперь диэлектрическая жидкость, охлаждающуюся охлаждением, затем перекачивается обратно в погружение, чтобы продолжить цикл охлаждения.
Жидкости: обычно используются инженерные жидкости на основе углеводородов (например, минеральные масла или синтетические масла), характеризующиеся относительно высокими точками кипения, низкой волатильностью (уменьшение испарительных потерь), хорошей тепловой стабильностью и часто более низкой стоимостью по сравнению с двухфазными жидкостями.
Аппаратное обеспечение: требуются резервуары (которые могут быть разработаны в виде открытых ванн или герметичных блоков), надежные насосы, способные обрабатывать вязкость и скорости потока диэлектрической жидкости, а также внешние CDU или теплообменники для взаимодействия с системой теплового отторжения объекта.
Двухфазное иммерсионное охлаждение также включает в себя погружение аппаратного обеспечения в диэлектрическую жидкость, но с ключевым отличием: жидкость специально разработана, чтобы иметь очень низкую температуру кипения (часто около 50-60 ° C или 120-140 ° F при рабочем давлении).
Когда компоненты нагреваются, они заставляют кипятить окружающую жидкость непосредственно на их поверхностях. Это изменение фазы жидкости до пары поглощает большое количество энергии (скрытая теплота испарения) очень эффективно и при почти постоянной температуре. Сгенерированный пара, менее плотный, естественно поднимается до вершины резервуара. Там он сталкивается с конденсатором (обычно катушки, охлаждаемые водой для объекта или другой вторичной петлей), интегрированный в крышку резервуара или верхнюю часть. Пары выпускают свое скрытое тепло в конденсатор, переключается обратно в жидкость, а затем капает обратно в основную ванну жидкости через гравитацию. Этот внутренний цикл кипения/конденсации обеспечивает основной механизм охлаждения, в значительной степени устраняя необходимость в том, чтобы насосы циркулировали первичную диэлектрическую жидкость в самом резервуаре.
Жидкость: использует специализированные инженерные жидкости, преимущественно фторохимические (исторически PFC, теперь чаще HFES, FK или новые запатентованные составы с низким уровнем GWP, такие как 3M ™ Novec ™/Fluorinert ™ или Chemours ™ Opteon ™). Они имеют низкие точки кипения, высокие значения скрытого тепла, отличную диэлектрическую прочность, но, как правило, гораздо дороже и летучи, чем 1-пиковые жидкости. Воздействие на окружающую среду (GWP) и потенциальное регуляторное контроль (PFA) являются значительными соображениями для определенных типов жидкости.
Аппаратное обеспечение: Требуется тщательно разработанные резервуары, которые обычно герметизированы или полузащиты, чтобы управлять давлением пара и минимизации потери дорогих, летучих жидкостей. Интегрированные конденсаторы являются критическими компонентами. В то время как первичная накачка жидкости внутри резервуара часто устраняется, насосы все еще необходимы для внешнего цикла, который охлаждает конденсатор.
Понимание нюансов между этими технологиями требует прямого сравнения в нескольких ключевых областях:
1-PIC: полагается на разумную теплообмен через конвекцию. Эффективность зависит от свойств жидкости (теплопроводность, удельная тепло, вязкость) и скорости потока, генерируемой насосами. Эффективно, но менее эффективно в точке теплового поглощения, чем кипение.
2-PIC: полагается в первую очередь на скрытую теплообмен через зародышеобразное кипение . Этот механизм по своей сути имеет более высокие коэффициенты теплопередачи, что позволяет получить более эффективное удаление тепла непосредственно с компонентных поверхностей.
1-PIC: способный обрабатывать высокую плотность стойки, часто цитируется до 100 кВт или даже приближается к 200 кВт на стойку, в зависимости от конкретной реализации и используемой жидкости.
2-PIC: обычно считается способным обрабатывать более высокую максимальную плотность мощности, часто превышая 200-250 кВт на стойку и потенциально намного выше, из-за превосходной эффективности теплопередачи кипящего. Это делает его привлекательным для самых экстремальных вычислительных приложений.
1-PIC: может достичь хорошего контроля температуры, но в жидкости по своей сути будет повышение температуры, когда она протекает мимо компонентов и градиент температуры по всей системе.
2-PIC: процесс кипения происходит при почти постоянной температуре насыщения (в зависимости от давления). Обычно это приводит к превосходной однородности температуры на поверхностях погруженных компонентов, более эффективно снижение теплового напряжения и смягчение горячих точек.
1-PIC: использует более высокие масла в температуре кипения/синтетику. Как правило, более низкая стоимость, гораздо более низкая волатильность (минимальная испарительная потеря), более простая обработка и часто меньше проблем с окружающей средой (в зависимости от конкретной жидкости).
2-PIC: использует флуорохимические вещества с низкой точкой кипения. Значительно более высокая стоимость, высокая волатильность (требует герметичных систем для предотвращения дорогостоящих потерь), потенциально более высокие GWP для некоторых жидкостей (хотя новые варианты улучшаются) и регуляторные соображения вокруг химических веществ PFAS. Отличные диэлектрические свойства являются обязательными.
1-PIC: более простая концепция-требует надежных первичных петлевых насосов и внешних CDU. Дизайн бака может быть менее сложной (открытые ванны распространены, упрощают доступ).
2-PIC: устраняет первичные петлевые насосы, но требует эффективных интегрированных конденсаторов и герметичных/полуготовых резервуаров, добавляя сложность и потенциально стоимость самой конструкции резервуара. По -прежнему требуется внешняя петля, чтобы охладить конденсатор.
Как 1-PIC, так и 2-PIC предлагают значительные улучшения в рамках традиционного воздушного охлаждения, часто достигая фигур, очень близких к идеальному (1,0).
2-PIC часто претендует на небольшой край (например, Pue потенциально до 1,01-1,02) из-за устранения первичной энергии насоса и высокоэффективной теплопередачи.
1-пик-шри также превосходна (например, 1,02-1,03 или лучше), при этом основная энергия охлаждения выходит из первичных циркуляционных насосов и системы внешнего отторжения тепла (общая для обоих). Реал «Пуу» в значительной степени зависит от конкретного дизайна, масштаба и интеграции с охлаждением объекта.
1-PIC: часто воспринимается как проще в обслуживании. Конструкции открытых ванн позволяют прямой доступ к оборудованию (хотя и управление потребностями в капеле жидкости). Жидкости менее нестабильны и, как правило, легче обрабатывать.
2-PIC: обслуживание может быть более сложным. Запечатанные резервуары, возможно, потребуются тщательно открыть, чтобы минимизировать потерю паров. Обработка летучих жидкостей требует конкретных процедур. Некоторые источники претендуют на более простое обслуживание, так как дренирование жидкости не требуется для компонентов, но управление парами остается ключевым фактором.
Плюсы:
Более простая системная механика и потенциально более низкая сложность оборудования.
Более низкая стоимость и гораздо более низкая волатильность рабочих жидкостей.
Проще говоря, обработка жидкости и потенциально легкий доступ к оборудованию (открытая ванна).
Зрелые и широко развернутые технологии.
Минусы:
Более низкая максимальная способность тепловой плотности по сравнению с 2-PIC.
Требует значительной энергии для первичной жидкости.
Меньше присущей температурной однородности по сравнению с кипением.
Плюсы:
Самая высокая эффективность теплопередачи и способность к чрезвычайной плотности мощности.
Отличная температурная однородность из -за изотермического кипения.
Устраняет первичную энергию накачки жидкости (хотя конденсаторная петля все еще нуждается в охлаждении).
Потенциально самый низкий достижимый пуью.
Минусы:
Более высокая сложность системы (герметичные резервуары, конденсаторы, управление парами).
Значительно более высокая стоимость жидкости и высокая волатильность (требует герметизации, риска потери).
Экологические/нормативные проблемы, связанные с некоторыми фторированными жидкостями (GWP, PFA).
Потенциально более сложные процедуры обслуживания.
Выбор между 1-PIC и 2-PIC не всегда является четким и в значительной степени зависит от конкретных требований:
1-PIC часто пользуется предпочтением применений, требующих значительных улучшений плотности по сравнению с воздушным охлаждением (до диапазона ~ 100-200 кВт/стойки), где простота, более низкая начальная стоимость и простота работы являются высокими приоритетами. Это надежное и проверенное решение для многих центров обработки данных HPC, ИИ и предприятия.
2-PIC обычно рассматривается для применений, раздвигающих абсолютные границы плотности мощности (> 200 кВт/стойка), такие как передовые суперкомпьютеры, экстремальные учебные кластеры AI/ML или специализированную электронику с высоким содержанием потока, где максимальная термическая производительность и наименьшая возможная уявка имеют первостепенное значение, а более высокая сложность/стоимость может быть оправдана.
Факторы, такие как бюджетные ограничения, эксплуатационная экспертиза, толерантность к сложности управления жидкостью, местные экологические нормы и долгосрочные цели TCO, все играют решающую роль в решении.
Развитие жидкостей погружения в погружение продолжается. Для 2-PIC значительные исследования фокусируются на создании новых жидкостей с более низким GWP, улучшенной совместимости материала и более низких затратах, сохраняя при этом превосходные тепловые и диэлектрические свойства. Правила, окружающие химические вещества PFAS, могут влиять на будущий выбор жидкости. Для 1-PIC достижения продолжают оптимизировать свойства жидкости для лучшей теплопроводности и снижения вязкости. Мы также можем увидеть гибридные подходы, пытающиеся объединить выгоды от обеих технологий.
Как однофазное, так и двухфазное иммерсионное охлаждение представляют собой новаторские достижения в термическом управлении центром обработки данных, предлагая существенные улучшения в эффективности, плотности и устойчивости по сравнению с традиционным воздушным охлаждением. 1-PIC обеспечивает более простой, часто более рентабельный путь к жидкому охлаждению высокой плотности с использованием менее летучих жидкостей. 2-PIC предлагает вершину производительности теплопередачи, обеспечивая экстремальную плотность энергии, но имеет большую сложность и соображения в отношении стоимости жидкости, волатильности и воздействия на окружающую среду.
Оптимальный выбор не универсален. Он требует тщательной оценки текущих и будущих потребностей в плотности власти, капитала и операционных бюджетов, технической экспертизы, толерантности к риску и целей устойчивости. Тщательная оценка и часто консультации с экспертами по охлаждению необходимы для выбора стратегии погружения в охлаждение, которая наилучшим образом соответствует конкретным целям объекта.
По мере того, как спрос на сложные решения охлаждения усиливается в центрах обработки данных и других мощных электронных применений, глубокий опыт тепловой инженерии становится незаменимым. В Winshare Thermal , основанной в 2009 году, мы стремимся к проектированию, моделированию и производству высокопроизводительных решений для теплового управления, способными выполнять эти развивающиеся задачи.
Наш обширный опыт работы в современных системах жидкого охлаждения дает нам прочную основу в основных принципах, критических для развертывания эффективного погружного охлаждения, будь то однофазный или двухфазный. Это включает в себя опыт в:
Проектирование высокоэффективных теплообменников , жизненно важных компонентов в CDU (для 1-PIC) и конденсаторов (для 2-PIC).
Оптимизация динамики жидкости и теплопередачи в сложных тепловых сборах.
Проведение подробного теплового моделирования (CFD) для прогнозирования и проверки производительности системы.
Точное производство сложных тепловых компонентов и сборок.
В то время как наше основное внимание может быть сосредоточено на компонентных и системных решениях, таких как модули тепловых труб, пары и пользовательские холодные пластины, наше понимание физики теплопередачи, материалов и качественных процессов производства (сертифицировано в ISO9001, ISO14001, IATF 16949) позволяет нам эффективно способствовать развитию и внедрению стратегий современного жидкого остывания. Мы сотрудничаем с новаторами в новой энергетической, ИКТ, электронике электроники и центрах обработки данных для обеспечения надежных, оптимизированных тепловых характеристик.
Свяжитесь с Winshare Thermal, чтобы обсудить, как наши знания в области тепловой инженерии и производственные возможности могут поддержать ваш следующий проект расширенного охлаждения.
