Flüssigkeitskühlungstechnologie – eine neue Möglichkeit, Energie zu sparen und den Verbrauch für Rechenzentren zu senken

Im Zeitalter der digitalen Wirtschaft und des Internets der Dinge erfordert die Berechnung und Verarbeitung großer Datenmengen einen kontinuierlichen Ausbau der Infrastruktur von Rechenzentren, was auch das Problem eines stark steigenden Energieverbrauchs mit sich bringt. Laut dem „Forschungsbericht über die Entwicklung der „neuen Infrastruktur“ Chinas“ werden globale Rechenzentren bis 2025 mit bis zu 33 % den größten Anteil am weltweiten Energieverbrauch ausmachen. In China beträgt der Stromverbrauch nationaler Rechenzentren Der Anteil des Stromverbrauchs in der Gesellschaft wird auch in Zukunft weiter zunehmen.

 

 

Der Energieverbrauch von Rechenzentren ergibt sich hauptsächlich aus zwei Aspekten: dem Stromverbrauch der Server selbst und der für die Serverkühlung erforderlichen Kühlleistung. Mit der Verbesserung der Rechenleistung in Rechenzentren ist die größte Investition bei neu gebauten Rechenzentren nicht das Gebäude selbst, sondern die Gerätekosten zur Sicherstellung der Stromversorgung und die Kosten für die Kühlung des Rechenzentrums. Laut Statistik macht die Kühlanlage in Rechenzentren etwa 40 % des Energieverbrauchs des gesamten Rechenzentrums aus.

 

 

Unter Flüssigkeitskühlungstechnologie versteht man die Verwendung von Flüssigkeit als Wärmeübertragungsmedium, um Wärme für die Erwärmung von Komponenten auszutauschen und Wärme abzuführen, anstatt wie bei der Luftkühlung indirekt durch Luft zu kühlen. Flüssigkeit hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit, die 25-mal höher ist als die von Luft, und einen schnelleren und besseren Temperaturübertragungseffekt. Aufgrund der großen spezifischen Wärmekapazität von Flüssigkeiten ändert sich ihre Temperatur unterdessen nicht wesentlich, nachdem sie eine große Wärmemenge aufgenommen hat, wodurch die CPU-Temperatur stabilisiert wird. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie kann in drei Typen unterteilt werden: Sprühtyp, Tauchtyp und Kühlplattentyp.

 

 

Sprühflüssigkeitskühlung:

Speichern Sie Flüssigkeit und öffnen Sie Löcher auf der Oberseite des Gehäuses, damit das Kühlmittel je nach Position und Wärmeerzeugungsgröße auf das Heizelement sprühen und so den Zweck der Gerätekühlung erreichen kann. Die versprühte Flüssigkeit kommt in direkten Kontakt mit dem gekühlten Gerät, was zu einer hohen Kühleffizienz führt; Während des Sprühvorgangs kommt es jedoch zu einer Drift und Verdunstung der Flüssigkeit, wenn sie auf Gegenstände mit hoher Temperatur trifft. Nebeltröpfchen und Gase werden entlang der Lücken in den Gehäuselöchern zur Außenseite des Gehäuses abgegeben, wodurch die Sauberkeit der Computerraumumgebung beeinträchtigt wird oder andere Geräte beeinträchtigt werden.

 

 

Flüssigkeitskühlung vom Tauchtyp:

Elektronische Bauteile werden direkt in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht, die sich in einem verschlossenen, aber leicht zugänglichen Behälter befindet, und Wärme wird von den elektronischen Bauteilen auf die Flüssigkeit übertragen. Üblicherweise wird die erhitzte elektronische Fluoridlösung mithilfe einer Umwälzpumpe zu einem Wärmetauscher geleitet, wo sie abkühlt und zurück in den Behälter zirkuliert. Der Tauchtyp kann in zwei Typen unterteilt werden: einphasig und zweiphasig. Bei der einphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung bleibt die elektronische Fluorflüssigkeit in flüssigem Zustand; Bei der zweiphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung verbessert der Siede- und Kondensationsprozess der elektronischen Fluorierungsflüssigkeit die Wärmeübertragungseffizienz der Flüssigkeit exponentiell.

 

 

Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung:

Direkte Kühlung des Chips durch Zirkulieren flüssigen Mediums durch eine Pumpe durch eine Kühlplatte, die zur Wärmeableitung in elektronische Komponenten eingebaut ist. Flüssigkeiten kommen nicht in direkten Kontakt mit elektronischen Geräten. Obwohl für die direkte Chipkühlung üblicherweise nicht dielektrische Flüssigkeiten (wie Wasser/Ethylenglykol) verwendet werden, können dielektrische elektronische Fluorierungsflüssigkeiten auch für direkte Chipanwendungen verwendet werden, wodurch Leckagerisiken verringert und die Zuverlässigkeit von Hardware/IT-Geräten verbessert werden. Um eine direkte Chipkühlung zu erreichen, können einphasige und zweiphasige Technologien eingesetzt werden.

 

 

Derzeit wurde die Flüssigkeitskühlungstechnologie in einigen in- und ausländischen Rechenzentren angewendet und validiert. Zum Beispiel:
Alibaba Cloud: Im Jahr 2018 startete Alibaba Cloud den weltweit ersten Supercomputing-Cluster auf Basis immersiver Flüssigkeitskühlungstechnologie – den X-Dragon Super Computing Cluster. Dieser Cluster verwendet eine Zweiphasen-Flüssigkeitskühlungslösung, die Server vollständig in Fluoridlösung eintaucht und eine effiziente Wärmeableitung durch Sieden und Kondensieren der Fluoridlösung erreicht. Laut Alibaba Cloud kann dieser Cluster den Stromverbrauch des Servers um 50 % senken, die Kühleffizienz um 80 % verbessern und Platz im Rechenzentrum sowie Wartungskosten einsparen.

 

 

Tencent Cloud baute 2019 in Guizhou das weltweit erste Rechenzentrum auf Basis der Sprühflüssigkeitskühlungstechnologie, das Guiyang T3 Data Center. Das Rechenzentrum nutzt ein Sprühflüssigkeitskühlungsschema, bei dem Fluoridlösung in zerstäubter Form über den Server gesprüht wird und eine Wärmeableitung erreicht wird durch Wärmeaustausch zwischen der Fluoridlösung und Luft. Laut Tencent Cloud kann das Rechenzentrum den PUE-Wert auf unter 1,2 senken, 30 % des Platzes im Computerraum einsparen und die Serverleistung und -zuverlässigkeit verbessern.

 

 

Microsoft versenkte im Jahr 2020 Project Natick, ein Rechenzentrum, das auf Tauchflüssigkeitskühlungstechnologie basiert, in Schottland im Meer. Das Rechenzentrum nutzt ein einphasiges Immersionsflüssigkeitskühlungsschema, bei dem der Server vollständig in einen mit Stickstoff gefüllten Druckbehälter eingetaucht wird und Meerwasser dafür verwendet wird Wärmeableitung. Laut Microsoft ist das Rechenzentrum in der Lage, eine autarke Energieversorgung zu erreichen und verfügt über eine höhere Zuverlässigkeit und Sicherheit.

 

 

Angesichts der kontinuierlichen Erweiterung der Rechenzentrumsgröße, der zunehmenden Rechendichte, der steigenden Energiekosten und der zunehmenden Umweltanforderungen ist die herkömmliche Luftkühlungstechnologie nicht mehr in der Lage, die Entwicklungsanforderungen von Rechenzentren zu erfüllen. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie hingegen bietet offensichtliche Vorteile wie Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung, Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, flexibles Design, Abwärmenutzung und Umweltfreundlichkeit, was sie zur zukünftigen Entwicklungsrichtung der Kühltechnologie für Rechenzentren macht.