Analyse der Flüssigkeitskühlungs- und Kühlmittelindustrie für Rechenzentren
Mit der innovativen Entwicklung von Technologien wie künstlicher Intelligenz, Cloud Computing, Big Data und Blockchain ist das Zeitalter der 5G-Kommunikation angebrochen, das sich durch hohe Geschwindigkeit, geringe Latenz und umfassende Konnektivität auszeichnet. Da Informationsinfrastruktur, Rechenzentren und Kommunikationsgeräte immer mehr Rechenlast tragen, steigen auch die Anforderungen an die Recheneffizienz.
Um den Herausforderungen der Netzwerkverarbeitungsleistung gerecht zu werden, verbessern Rechenzentrumsserver und Kommunikationsgeräte kontinuierlich ihre Verarbeitungsfähigkeiten und Integration, was zu einer kontinuierlichen Erhöhung der Leistungsdichte führt. Diese Veränderungen führen nicht nur zu enormen Energieverbrauchsproblemen, sondern aufgrund der hohen Wärmedichte auch zu höheren Anforderungen an Kühlgeräte und -technik. Bei Szenarien mit hoher Wärmedichte stellt die herkömmliche Luftkühlungstechnologie einen Engpass dar und die Wärmeableitungseffizienz kann nicht mehr mit der Recheneffizienz mithalten. In diesem Zusammenhang hat die Flüssigkeitskühlungstechnologie aufgrund ihrer extrem hohen Energieeffizienz, ultrahohen Wärmedichte und anderen Eigenschaften in der Branche große Aufmerksamkeit erregt. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie ist die einzige Möglichkeit, die Herausforderungen des Wärmeableitungsdrucks und der Energieeinsparung zu lösen.
Die kontinuierliche Steigerung der Rechenleistung fördert das Wachstum der Leistungsdichte und stellt neue Anforderungen an die Kältetechnik. Die kontinuierliche Steigerung der Rechenleistung fördert die kontinuierliche Verbesserung der Leistung von Kommunikationsgeräten, und auch der Chip-Stromverbrauch und die Wärmeflussdichte nehmen kontinuierlich zu. Die Leistungsdichte jeder Generation der Produktentwicklung steigt um 30-50 Prozent. Der maximale Stromverbrauch der aktuellen X86-Plattform-CPU beträgt 300-400W, und die branchenweit höchste Chip-Wärmeflussdichte hat 120 W/cm2 überschritten; Die kontinuierliche Verbesserung der Chip-Leistungsdichte schränkt direkt die Wärmeableitung und Zuverlässigkeit des Chips ein, und herkömmliche luftgekühlte Wärmeableitungsfähigkeiten werden immer schwieriger aufrechtzuerhalten. Der Anstieg der Chip-Leistungsdichte hat auch zu einer Erhöhung der Leistungsdichte des gesamten Schranks geführt, wobei das aktuelle Maximum 30 kW/Rack übersteigt; Auch an die Kühltechnik von Computerräumen wurden höhere Anforderungen gestellt. Flüssigkeitskühlung, eine aufstrebende Kühltechnologie in Rechenzentren, wird eingesetzt, um die Wärmeableitungsanforderungen von Schränken mit hoher Leistungsdichte zu erfüllen.
Die Flüssigkeitskühlung bietet Vorteile wie geringen Energieverbrauch, hohe Wärmeableitung, geringe Geräuschentwicklung und niedrige Gesamtbetriebskosten. Die Kühlleistung einer Flüssigkeit beträgt das 1000-3000-fache der von Luft. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie kann die Vorteile einer hohen Dichte, eines geringen Geräuschpegels, einer geringen Wärmeübertragungstemperaturdifferenz und einer allgemeinen freien Kühlung nutzen. Im Vergleich zur Luftkühlungstechnologie bietet sie unvergleichliche technische Vorteile. Es handelt sich um eine hervorragende Kühllösung, die in Szenarien eingesetzt werden kann, in denen Rechenleistung, Energieeffizienz und Einsatzdichte erheblich verbessert werden müssen.
Flüssiges Kühlmittel ist einer der Schlüsselfaktoren in der Flüssigkeitskühlungstechnologie. Bei der Anwendung der Immersions-(Kontakt-)Flüssigkeitskühlungstechnologie ist neben den Anforderungen an die Hardwareausrüstung auch das flüssige Kühlmittel einer der kritischsten Faktoren. Für ein geeignetes flüssigkeitsgekühltes Kontaktkühlmittel ist Folgendes erforderlich:
1) gute thermophysikalische Eigenschaften. Für den Phasenwechsel sind eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärmekapazität, eine niedrige Viskosität und eine hohe latente Verdampfungswärme erforderlich.
2) Niedriger Gefrierpunkt und Ausdehnungskoeffizient.
3) Einphasige Flüssigkeitskühlung erfordert einen hohen Siedepunkt.
4) Zweiphasen-Flüssigkeitskühlung erfordert einen geeigneten Siedepunkt und einen engen Siedebereich.
5) Es weist eine gute chemische und thermische Stabilität für elektronische Geräte auf.
6) Hoher Flammpunkt und Selbstentzündungstemperatur.
7) Keine Korrosivität gegenüber Systemmaterialien (Metall, Nichtmetall und andere organische Stoffe).
8) Es sind keine oder nur minimale regulatorische Einschränkungen erforderlich (umweltfreundlich, ungiftig, biologisch abbaubar usw.).
9) Wirtschaft.
Derzeit ist die Luftkühlungstechnologie eine der ausgereiftesten und am weitesten verbreiteten Kühllösungen in Rechenzentren. In den letzten Jahren wurde der PUE-Index von Rechenzentren im Rahmen der „Dual Carbon“-Politik kontinuierlich gesenkt, und die meisten Regionen verlangen, dass die Stromnutzungseffizienz 1,25 nicht überschreiten darf, und fördern aktiv die Modernisierung und Umgestaltung von Rechenzentren. Mit der beschleunigten Bereitstellung von Servern ist die Frage, wie der Energieverbrauch weiter gesenkt und eine umweltfreundliche Entwicklung von Rechenzentren erreicht werden kann, in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit der Branche gerückt.
