Tecnologia de refrigeració líquida: una nova manera d'estalviar energia i reduir el consum dels centres de dades
En l'era de l'economia digital i l'Internet de les coses, el càlcul i el processament de dades massives requereixen l'expansió contínua de l'escala d'infraestructura dels centres de dades, la qual cosa també comporta el problema d'un fort augment del consum d'energia. Segons l'"Informe d'investigació sobre el desenvolupament de la "nova infraestructura de la Xina", l'any 2025, els centres de dades globals representaran la part més gran del consum mundial d'energia, fins a un 33%. A la Xina, el consum d'energia dels centres de dades nacionals ha estat augmentant a un ritme superior al 12% durant vuit anys consecutius, i la proporció del consum d'electricitat a la societat continuarà augmentant en el futur.
El consum d'energia dels centres de dades prové principalment de dos aspectes: el consum d'energia dels propis servidors i la potència de refrigeració necessària per a la refrigeració del servidor. Amb la millora de la potència de càlcul als centres de dades, la inversió més gran per als centres de dades de nova construcció no és l'edifici en si, sinó el cost de l'equip per garantir el subministrament d'energia i el cost de la refrigeració del centre de dades. Segons les estadístiques, el sistema de refrigeració dels centres de dades representa al voltant del 40% del consum d'energia de tot el centre de dades.
La tecnologia de refrigeració líquida es refereix a l'ús de líquid com a mitjà de transferència de calor per intercanviar calor per components d'escalfament i treure calor, en lloc de refredar-se indirectament a través de l'aire com la refrigeració per aire. El líquid té un millor efecte de conductivitat tèrmica, 25 vegades el de l'aire i un efecte de transferència de temperatura més ràpid i millor. Mentrestant, a causa de la gran capacitat de calor específica dels líquids, la seva temperatura no canvia significativament després d'absorbir una gran quantitat de calor, estabilitzant així la temperatura de la CPU. La tecnologia de refrigeració líquida es pot dividir en tres tipus: tipus d'esprai, tipus d'immersió i tipus de placa freda.
Refredament líquid tipus esprai:
Emmagatzemeu el líquid i els forats oberts a la part superior del xassís, permetent que el refrigerant ruixi sobre l'element de calefacció segons la seva posició i mida de generació de calor, aconseguint el propòsit de refrigeració de l'equip. El líquid ruixat entra en contacte directe amb el dispositiu refrigerat, donant lloc a una alta eficiència de refrigeració; Tanmateix, durant el procés de polvorització, el líquid experimentarà la deriva i l'evaporació quan es trobi amb objectes d'alta temperatura. Les gotes de boira i els gasos s'emeten al llarg dels buits dels forats del xassís cap a l'exterior del xassís, provocant una disminució de la neteja de l'entorn de la sala d'ordinadors o afectant altres equips.
Refrigeració líquida tipus immersió:
Els components electrònics estan submergits directament en un líquid dielèctric, que es col·loca en un recipient tancat però de fàcil accés, i la calor es transfereix dels components electrònics al líquid. Normalment, s'utilitza una bomba de circulació per fluir la solució de fluorur electrònic escalfada a un intercanviador de calor, on es refreda i torna a circular al contenidor. El tipus d'immersió es pot dividir en dos tipus: monofàsic i bifàsic. En la refrigeració líquida d'immersió monofàsica, el líquid de fluor electrònic roman en estat líquid; En la refrigeració líquida d'immersió bifàsica, el procés d'ebullició i condensació del líquid de fluoració electrònica millora exponencialment l'eficiència de transferència de calor del líquid.
Refrigeració líquida de placa freda:
Refredament directe del xip fent circular el medi líquid a través d'una bomba a través d'una placa freda muntada en components electrònics per a la dissipació de calor. Els líquids no entren en contacte directe amb dispositius electrònics. Tot i que els líquids no dielèctrics (com l'aigua/etilenglicol) s'utilitzen habitualment per a la refrigeració directa dels xips, els líquids fluorats electrònics dielèctrics també es poden utilitzar per a aplicacions directes de xips, reduint els riscos relacionats amb les fuites i millorant la fiabilitat del maquinari/equips informàtics. Es poden utilitzar tecnologies monofàsiques i bifàsiques per aconseguir un refredament directe dels xips.
Actualment, la tecnologia de refrigeració líquida s'ha aplicat i validat en alguns centres de dades nacionals i estrangers. Per exemple:
Alibaba Cloud: el 2018, Alibaba Cloud va llançar el primer clúster de supercomputació del món basat en la tecnologia de refrigeració líquida immersiva: X-Dragon Super Computing Cluster. Aquest clúster adopta una solució de refrigeració líquida d'immersió bifàsica, submergint completament els servidors en una solució de fluor i aconseguint una dissipació eficient de la calor mitjançant l'ebullició i la condensació de la solució de fluor. Segons Alibaba Cloud, aquest clúster pot reduir el consum d'energia del servidor en un 50%, millorar l'eficiència de refrigeració en un 80% i estalviar espai del centre de dades i costos de manteniment.
Tencent Cloud va construir el primer centre de dades del món basat en la tecnologia de refrigeració líquida en esprai, Guiyang T3 Data Center, a Guizhou l'any 2019. El centre de dades adopta un esquema de refrigeració líquid en esprai, que ruixa solució de fluor en forma atomitzada per sobre del servidor i aconsegueix la dissipació de la calor. mitjançant l'intercanvi de calor entre la solució de fluorur i l'aire. Segons Tencent Cloud, el centre de dades pot reduir el PUE per sota d'1,2, estalviar un 30% de l'espai de la sala d'ordinadors i millorar el rendiment i la fiabilitat del servidor.
Microsoft va enfonsar el Projecte Natick, un centre de dades basat en la tecnologia de refrigeració líquida submergida, sota el mar a Escòcia el 2020. El centre de dades adopta un esquema de refrigeració líquida d'immersió monofàsica, submergint completament el servidor en un recipient a pressió ple de nitrogen i utilitzant aigua de mar per dissipació de calor. Segons Microsoft, el centre de dades és capaç d'aconseguir un subministrament d'energia autosuficient i té una major fiabilitat i seguretat.
Amb l'expansió contínua de l'escala del centre de dades, l'augment de la densitat informàtica, l'augment dels costos energètics i l'augment dels requisits ambientals, la tecnologia tradicional de refrigeració per aire ja no és capaç de satisfer les necessitats de desenvolupament dels centres de dades. La tecnologia de refrigeració líquida, d'altra banda, té avantatges evidents, com ara la conservació d'energia i la reducció del consum, l'adaptabilitat ambiental, el disseny flexible, la utilització de la calor residual i el respecte al medi ambient, el que la converteix en la direcció de desenvolupament futur de la tecnologia de refrigeració del centre de dades.
