فن آوری خنک کننده مایع - روشی جدید برای صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف برای مراکز داده

در عصر اقتصاد دیجیتال و اینترنت اشیا، محاسبه و پردازش داده های انبوه مستلزم گسترش مستمر مقیاس زیرساختی مراکز داده است که مشکل افزایش شدید مصرف انرژی را نیز به همراه دارد. بر اساس «گزارش پژوهشی توسعه زیرساخت جدید چین»، تا سال 2025، مراکز داده جهانی بیشترین سهم مصرف انرژی جهانی را به خود اختصاص خواهند داد، تا 33 درصد در چین، مصرف برق مراکز داده ملی کاهش یافته است. به مدت هشت سال متوالی با نرخ بیش از 12 درصد افزایش یافته و نسبت مصرف برق در جامعه همچنان در آینده افزایش خواهد یافت.

 

 

مصرف انرژی مراکز داده عمدتاً از دو جنبه ناشی می شود: مصرف برق خود سرورها و توان خنک کننده مورد نیاز برای خنک سازی سرور. با بهبود توان محاسباتی در مراکز داده، بزرگترین سرمایه گذاری برای مراکز داده جدید ساخته شده خود ساختمان نیست، بلکه هزینه تجهیزات برای اطمینان از تامین برق و هزینه خنک سازی مرکز داده است. طبق آمار، سیستم تبرید در مراکز داده حدود 40 درصد از انرژی مصرفی کل مرکز داده را به خود اختصاص می دهد.

 

 

فن آوری خنک کننده مایع به استفاده از مایع به عنوان یک واسطه انتقال حرارت برای تبادل گرما برای اجزای گرمایشی و از بین بردن گرما، به جای خنک کردن غیرمستقیم از طریق هوا مانند خنک کننده هوا اشاره دارد. مایع دارای اثر هدایت حرارتی بهتر، 25 برابر هوا، و اثر انتقال دما سریعتر و بهتر است. در این میان به دلیل ظرفیت گرمایی ویژه زیاد مایعات، دمای آنها پس از جذب مقدار زیادی گرما تغییر چندانی نمی کند و در نتیجه دمای CPU تثبیت می شود. فن آوری خنک کننده مایع را می توان به سه نوع تقسیم کرد: نوع اسپری، نوع غوطه وری و نوع صفحه سرد.

 

 

خنک کننده مایع نوع اسپری:

سوراخ‌های مایع و باز را در بالای شاسی ذخیره کنید تا مایع خنک‌کننده با توجه به موقعیت و اندازه تولید گرما روی عنصر گرمایش اسپری کند و به هدف خنک‌سازی تجهیزات دست یابد. مایع پاشیده شده در تماس مستقیم با دستگاه خنک شده قرار می گیرد که منجر به راندمان خنک کننده بالا می شود. با این حال، در طول فرآیند پاشش، مایع در هنگام برخورد با اجسام با دمای بالا دچار رانش و تبخیر می شود. قطرات غبار و گازها در امتداد شکاف‌های سوراخ‌های شاسی به سمت بیرون شاسی منتشر می‌شوند و باعث کاهش تمیزی محیط اتاق کامپیوتر و یا تأثیر بر تجهیزات دیگر می‌شوند.

 

 

خنک کننده مایع نوع غوطه وری:

قطعات الکترونیکی مستقیماً در یک مایع دی الکتریک غوطه ور می شوند، که در یک ظرف مهر و موم شده اما به راحتی در دسترس قرار می گیرد و گرما از قطعات الکترونیکی به مایع منتقل می شود. معمولاً از یک پمپ گردشی برای جریان دادن محلول فلوراید الکترونیکی گرم شده به یک مبدل حرارتی استفاده می‌شود، جایی که خنک می‌شود و دوباره به داخل ظرف گردش می‌کند. نوع غوطه وری را می توان به دو نوع تک فاز و دو فاز تقسیم کرد. در خنک کننده مایع غوطه وری تک فاز، مایع فلوئور الکترونیکی در حالت مایع باقی می ماند. در خنک کننده مایع غوطه وری دو فاز، فرآیند جوش و متراکم شدن مایع فلوئوراسیون الکترونیکی به طور تصاعدی بازده انتقال حرارت مایع را بهبود می بخشد.

 

 

خنک کننده مایع صفحه سرد:

خنک کردن مستقیم تراشه با چرخاندن محیط مایع از طریق یک پمپ از طریق یک صفحه سرد که در قطعات الکترونیکی برای اتلاف گرما مونتاژ شده است. مایعات در تماس مستقیم با وسایل الکترونیکی نیستند. اگرچه مایعات غیر دی الکتریک (مانند آب/اتیلن گلیکول) معمولاً برای خنک‌سازی مستقیم تراشه استفاده می‌شوند، مایعات فلوئوردار الکترونیکی دی‌الکتریک نیز می‌توانند برای کاربردهای مستقیم تراشه، کاهش خطرات مربوط به نشت و بهبود قابلیت اطمینان تجهیزات سخت‌افزاری/IT استفاده شوند. برای دستیابی به خنک کننده مستقیم تراشه می توان از فناوری های تک فاز و دو فاز استفاده کرد.

 

 

در حال حاضر فناوری خنک کننده مایع در برخی از مراکز داده داخلی و خارجی اعمال و تایید شده است. به عنوان مثال:
Alibaba Cloud: در سال 2018، Alibaba Cloud اولین خوشه ابر محاسباتی جهان را بر اساس فناوری خنک کننده مایع همهجانبه - X-Dragon Super Computing Cluster راه اندازی کرد. این خوشه از یک محلول خنک کننده مایع غوطه ور دو فازی استفاده می کند، سرورها را به طور کامل در محلول فلوراید غوطه ور می کند و از طریق جوشاندن و متراکم شدن محلول فلوراید به اتلاف گرمای کارآمد دست می یابد. به گفته Alibaba Cloud، این خوشه می تواند مصرف انرژی سرور را تا 50 درصد کاهش دهد، راندمان خنک کننده را تا 80 درصد بهبود بخشد و در فضای مرکز داده و هزینه های نگهداری صرفه جویی کند.

 

 

Tencent Cloud اولین مرکز داده جهان را بر اساس فناوری خنک‌کننده مایع اسپری، Guiyang T3 Data Center، در گوئیژو در سال 2019 ساخت. مرکز داده از طرح خنک‌کننده مایع اسپری استفاده می‌کند که محلول فلوراید را به شکل اتمیزه شده بالای سرور اسپری می‌کند و به اتلاف گرما دست می‌یابد. از طریق تبادل حرارت بین محلول فلوراید و هوا. طبق گفته Tencent Cloud، مرکز داده می تواند PUE را به کمتر از 1.2 کاهش دهد، 30 درصد فضای اتاق کامپیوتر را ذخیره کند و عملکرد و قابلیت اطمینان سرور را بهبود بخشد.

 

 

مایکروسافت پروژه Natick، یک مرکز داده مبتنی بر فناوری خنک‌کننده مایع غوطه‌ور را در زیر دریا در اسکاتلند در سال 2020 غرق کرد. مرکز داده یک طرح خنک‌کننده مایع غوطه‌وری تک فاز را اتخاذ می‌کند، سرور را به طور کامل در یک مخزن تحت فشار پر از نیتروژن غوطه‌ور می‌کند و از آب دریا استفاده می‌کند. اتلاف گرما به گفته مایکروسافت، مرکز داده قادر به تامین انرژی خودکفا بوده و از قابلیت اطمینان و امنیت بالاتری برخوردار است.

 

 

با گسترش مداوم مقیاس مرکز داده، افزایش تراکم محاسباتی، افزایش هزینه های انرژی و افزایش نیازهای محیطی، فناوری خنک کننده هوای سنتی دیگر قادر به پاسخگویی به نیازهای توسعه مراکز داده نیست. از سوی دیگر، فناوری خنک کننده مایع دارای مزایای آشکاری مانند صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف، سازگاری با محیط زیست، طراحی انعطاف پذیر، استفاده از گرمای اتلاف، و سازگاری با محیط زیست است که آن را به جهت توسعه آینده فناوری خنک کننده مرکز داده تبدیل می کند.