Thiết kế nhiệt của tổng đài làm mát bằng chất lỏng
Với sự gia tăng của Internet, điện toán đám mây và các dịch vụ dữ liệu lớn, tổng mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu ngày càng tăng và hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng cũng ngày càng nhận được nhiều sự chú ý hơn. Theo thống kê dữ liệu, giá trị Hiệu suất sử dụng năng lượng (PUE) trung bình của các trung tâm dữ liệu ở Trung Quốc là 1,49, cao hơn nhiều so với yêu cầu mà Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia đề xuất đối với các trung tâm dữ liệu lớn mới là nhỏ hơn 1,25. Giảm PUE là cấp thiết, làm thế nào các nhà sản xuất thiết bị mạng có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo hiệu suất cao cho chip? Hệ thống làm mát, yếu tố chính ảnh hưởng đến cả hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng, đã trở thành trọng tâm của cải cách trung tâm dữ liệu và công nghệ làm mát bằng chất lỏng, nhờ những ưu điểm độc đáo, đang dần thay thế làm mát không khí truyền thống như giải pháp làm mát chủ đạo.
Chúng tôi nhận thấy rằng mức tiêu thụ năng lượng trung bình của các trung tâm dữ liệu lên tới 33%, gần bằng 1/3 tổng mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu. Điều này là do hệ thống làm mát bằng không khí truyền thống được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu sử dụng không khí có nhiệt dung riêng rất thấp làm môi trường làm mát, được điều khiển bởi quạt bên trong thiết bị để truyền nhiệt từ CPU và các nguồn nhiệt khác đến bộ tản nhiệt cách xa CNTT Thiết bị, Tái sử dụng bộ trao đổi nhiệt cuộn dây quạt hoặc máy làm lạnh điều hòa để lưu thông không khí nhằm tản nhiệt và làm mát cũng là một hạn chế cần thiết của việc làm mát không khí. Do đó, làm thế nào để giải quyết hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống làm mát đã trở thành một thách thức lặp đi lặp lại về mặt công nghệ mà các nhà sản xuất thiết bị phải đối mặt trong môi trường chính sách mới.
Từ góc độ yêu cầu tản nhiệt của chip thiết bị. Với sự phát triển của chip chuyển đổi, mặc dù các quy trình chip hiệu suất cao (như 5nm) có thể giảm mức tiêu thụ điện năng tính toán của đơn vị một cách hiệu quả, khi băng thông của chip chuyển đổi tăng lên 51,2Tbps, tổng mức tiêu thụ điện năng của một chip đã tăng lên khoảng 900W. Làm thế nào để giải quyết vấn đề tản nhiệt của chip thiết bị đã trở thành một điểm khó trong thiết kế phần cứng tổng thể. Công suất làm mát của hệ thống làm mát bằng không khí sắp đạt đến giới hạn. Mặc dù tản nhiệt làm mát bằng không khí có thể giải quyết các vấn đề tản nhiệt hiện tại của switch, nhưng cuối cùng chúng sẽ không còn phù hợp khi 102,4/204,8Tbps trở thành xu hướng chủ đạo và mức tiêu thụ điện năng của chip tăng lên trong tương lai. Do đó, công nghệ làm mát bằng chất lỏng hiệu quả hơn đã xuất hiện cho thế hệ thiết bị CNTT tiếp theo. Trong 5-10 năm tới, trong ngành đã có sự đồng thuận rằng làm mát bằng không khí trong trung tâm dữ liệu sẽ dần được thay thế bằng làm mát bằng chất lỏng.
Công nghệ làm mát bằng chất lỏng hiện nay chủ yếu được chia thành làm mát bằng chất lỏng một pha và làm mát bằng chất lỏng hai pha. Làm mát bằng chất lỏng một pha là chất lỏng làm mát duy trì trạng thái lỏng trong suốt quá trình tản nhiệt tuần hoàn và dễ dàng lấy đi nhiệt thông qua công suất nhiệt riêng cao. Làm mát bằng chất lỏng hai pha đề cập đến sự thay đổi pha của chất làm mát trong quá trình tản nhiệt tuần hoàn, trong đó chất làm mát mang nhiệt của thiết bị thông qua nhiệt ẩn khí hóa cực cao. So với các phương pháp khác, làm mát bằng chất lỏng một pha có độ phức tạp thấp hơn và dễ đạt được hơn, đồng thời khả năng tản nhiệt của nó đủ để hỗ trợ thiết bị CNTT trong trung tâm dữ liệu, khiến nó trở thành lựa chọn cân bằng hiện nay.
Làm mát bằng chất lỏng một pha được chia thành làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh và làm mát bằng chất lỏng ngâm. Làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh cố định tấm làm mát chất lỏng trên thiết bị làm nóng chính của thiết bị, dựa vào chất lỏng chảy qua tấm lạnh để mang nhiệt đi và đạt được mục đích tản nhiệt; Làm mát bằng chất lỏng ngâm là quá trình nhúng trực tiếp toàn bộ máy vào chất làm mát, dựa vào sự tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức của chất lỏng để lấy đi nhiệt sinh ra do hoạt động của thiết bị như máy chủ.
Ưu điểm của làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh bao gồm: sửa đổi tối thiểu đối với tổng thể phòng máy tính, chỉ yêu cầu sửa đổi giá đỡ, Bộ phân phối làm mát (CDU) và hệ thống cấp nước. Hơn nữa, làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh có thể sử dụng nhiều loại chất làm mát hơn và yêu cầu ít hơn nhiều so với làm mát bằng ngâm, dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn. Ngoài ra, chuỗi công nghiệp làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh đã trưởng thành hơn và được thị trường chấp nhận hơn.
Ưu điểm của tản nhiệt bằng chất lỏng ngâm bao gồm: (1) do chất làm mát tiếp xúc trực tiếp với thiết bị nên khả năng tản nhiệt mạnh hơn và nguy cơ thiết bị quá nóng thấp hơn; (2) Thiết bị làm mát bằng chất lỏng chìm không cần quạt, giúp thiết bị phần cứng ít rung hơn và tuổi thọ của thiết bị phần cứng lâu hơn; (3) Nhiệt độ của nguồn cung cấp nước lạnh ở phía phòng máy làm mát bằng chất lỏng ngâm cao hơn và phía ngoài trời dễ tản nhiệt hơn. Do đó, việc lựa chọn vị trí phòng máy không còn bị giới hạn bởi khu vực và nhiệt độ như thời kỳ làm mát bằng không khí.
Việc ứng dụng công nghệ làm mát bằng chất lỏng trong các bộ chuyển mạch trung tâm dữ liệu không chỉ giải quyết vấn đề nhiệt của chính chúng mà còn cho phép triển khai thống nhất với các máy chủ làm mát bằng chất lỏng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng và vận hành thống nhất cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu. Làm mát bằng chất lỏng hỗ trợ trao đổi công nghệ mới để tối đa hóa hiệu suất, phát triển thêm các sản phẩm trung tâm dữ liệu tốt và cùng nhau xây dựng nền kinh tế kỹ thuật số xanh.
