Vantagens da tecnologia de resfriamento líquido de placa fria na indústria de TIC

Atualmente, as tecnologias de resfriamento líquido empregadas em centros de energia de computação consistem principalmente em resfriamento líquido de placa fria, resfriamento líquido por spray e resfriamento líquido por imersão.

 

O resfriamento por spray líquido libera o meio de resfriamento na forma de um spray na fonte de calor do servidor, conseguindo a dissipação de calor por meio da evaporação e absorção de calor.

 

O resfriamento líquido por imersão envolve submergir completamente todo o servidor ou componentes do servidor em um refrigerante, dissipando o calor por contato direto. Comparado ao resfriamento líquido de placa fria, as tecnologias de resfriamento líquido por imersão e spray podem atingir maior eficiência de resfriamento em casos de densidade de potência extremamente alta.

 

No entanto, as tecnologias de resfriamento líquido por imersão e spray são relativamente complexas de implementar e manter, envolvendo mais considerações de segurança e ambientais, e exigem mais investimento. Comparado às tecnologias de resfriamento líquido por contato direto, o resfriamento líquido por placa fria oferece as seguintes vantagens:

 

 

I Alta densidade: a implantação de nós de alta densidade pode efetivamente aumentar a capacidade de computação por rack

 

Com o rápido desenvolvimento de tecnologias como inteligência artificial, análise de big data, virtualização e computação de alto desempenho, os centros de poder de computação estão cada vez mais exigindo mais poder de computação. No entanto, a capacidade limitada de carga dos centros de poder de computação, restrita pelo espaço de construção e regulamentações ambientais, tornou-se um desafio fundamental. Aumentar a densidade de energia por rack tornou-se um método crucial para reconciliar esse problema.

 

▲ centros de poder de computação

 

Em 2022, o consumo de energia dos processadores de servidor de quarta geração da Intel excedeu 350 W por CPU, e as GPUs da NVIDIA ultrapassaram 700 W por unidade, com densidades de computação de cluster de IA comumente atingindo 50 kW por rack. Atualmente, a densidade de energia por rack em centros de energia de computação naturalmente resfriados a ar normalmente suporta apenas 8-10 kW. Depender apenas da tecnologia tradicional de resfriamento a ar não pode mais atender às necessidades de resfriamento de nós de computação de alta densidade. Portanto, adotar novas tecnologias de resfriamento para aumentar a densidade de implantação de nós e aprimorar a capacidade de computação por rack tornou-se especialmente importante.

 

O sistema de resfriamento líquido de placa fria é uma tecnologia de resfriamento eficaz para aumentar a densidade de potência do rack.

 

• Desempenho de resfriamento eficiente: a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria integra estreitamente as placas de resfriamento líquido com os nós do servidor, removendo diretamente o calor e obtendo resfriamento eficiente, permitindo assim maior densidade de energia.
• Menor pegada: Além do desempenho de resfriamento eficiente, a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria também tem uma pegada menor. A integração próxima de placas de resfriamento líquido com nós de servidor economiza espaço, permitindo que os centros de energia de computação implantem mais nós em um espaço limitado, aumentando ainda mais a densidade da capacidade de computação.

 

 

II Alta eficiência: o resfriamento líquido no lado da fonte de calor melhora muito a eficiência do resfriamento do servidor

 

Devido às características de transferência térmica do ar, a eficiência de resfriamento da tecnologia de resfriamento a ar é limitada. A baixa condutividade térmica do ar e sua suscetibilidade a flutuações de temperatura ambiental impactam significativamente o desempenho de resfriamento dos sistemas de resfriamento a ar em ambientes de alta temperatura. Além disso, a capacidade de resfriamento dos sistemas de resfriamento a ar também é limitada pela velocidade do fluxo de ar e pelas condições de circulação do ar. Em contraste, a tecnologia de resfriamento líquido, com sua maior eficiência de transferência térmica e desempenho de resfriamento mais estável, se destaca em ambientes de alta densidade de potência e alta temperatura. Portanto, mais centros de energia de computação estão fazendo a transição para a tecnologia de resfriamento líquido para atender à crescente demanda por energia de computação.

 

▲ Tecnologia de resfriamento líquido de placa fria

 

A tecnologia de resfriamento líquido de placa fria substitui o ar por um refrigerante como meio de transferência de calor, canalizando diretamente o refrigerante para os módulos de chip geradores de calor. Por meio da transferência de calor por contato indireto, o calor gerado pelos chips é conduzido para longe, reduzindo a temperatura dos módulos de chip e aprimorando tanto sua eficiência de resfriamento quanto seu desempenho de computação.

 

• A capacidade térmica específica dos líquidos é muito maior do que a dos gases, o que significa que a quantidade de calor absorvido/liberado por unidade de mudança de temperatura é muito maior do que a do ar, levando a uma melhoria substancial na eficiência de resfriamento. Por exemplo, a eficiência de transferência de calor da água por unidade de volume é 3.500 vezes maior do que a do ar, abordando efetivamente os desafios de resfriamento impostos por servidores de densidade cada vez mais alta.
• Além disso, ao substituir o resfriamento a ar pelo resfriamento líquido, a necessidade de ventiladores é eliminada, reduzindo o consumo de energia operacional de todo o sistema de resfriamento. Em um nó típico, com 80% da CPU e da memória cobertas por placas frias, o PUE de resfriamento pode ser reduzido para 1,15 ou menos. Portanto, comparado ao resfriamento a ar, o resfriamento líquido oferece maior capacidade de resfriamento para chips individuais.

 

 

III Alta confiabilidade: cenários projetados cientificamente garantem uma operação confiável e estável do sistema

 

O refrigerante dentro do sistema de resfriamento líquido é um dos principais fatores que mantém sua operação normal. O design profissional de prevenção de vazamentos e o gerenciamento operacional são cruciais para a estabilidade dos sistemas de resfriamento líquido de placa fria. Após anos de desenvolvimento e melhoria, a confiabilidade da tecnologia de resfriamento líquido de placa fria foi bem garantida, com medidas de segurança como design de prevenção de vazamentos, monitoramento completo de vazamentos e gerenciamento de falhas, fornecendo prevenção de risco de falhas abrangente e multi-ângulo, garantindo que o equipamento do sistema opere em um ambiente seguro e estável, protegendo assim o ambiente e a segurança do pessoal.

 

▲ sistema de refrigeração líquida

 

O sistema de resfriamento líquido de placa fria emprega um projeto de prevenção de vazamentos de três níveis, garantindo zero incidentes de vazamento nos níveis de nó, gabinete e sala.

 

• A base do nó é totalmente selada, capaz de direcionar e drenar prontamente quaisquer vazamentos, evitando que afetem outros nós.
• O gabinete é equipado com designs de spray de vazamento de conexão rápida e válvulas eletromagnéticas para controle automático do líquido de resfriamento.
• A sala emprega um design de circuito duplo, garantindo que um único vazamento no gabinete seja isolado e não afete a operação normal dos outros gabinetes.

 

O sistema de resfriamento líquido de placa fria pode atingir monitoramento total de vazamento. Gabinetes inteiros são equipados com capacidades de detecção de vazamento de três níveis, fornecendo alertas de vazamento precisos.

 

• Os nós usam mangas de corda imersas em água para detectar vazamentos e relatá-los ao BMC (Board Management Controller) para monitoramento e alerta.
• Os divisores de gabinete são equipados com sensores fotoelétricos de vazamento na entrada e na saída de água, com alertas de monitoramento RMU (Ring Main Unit) reportados à plataforma de gerenciamento de rede.
• O trocador de calor ar-líquido (porta de resfriamento de líquido) monitora os níveis de água com sensores de flutuação, e os alertas são reportados à plataforma de gerenciamento de rede via RMU.

 

 

IV Baixo consumo de energia: tecnologias inovadoras de economia de energia orientam o desenvolvimento verde e de baixo carbono em centros de energia computacional

 

Como grandes consumidores de energia, os centros de energia de computação fornecem apenas uma pequena parte de sua energia para cargas de TI, com o principal consumo de energia vindo do sistema de resfriamento. Ao substituir ventiladores e ar condicionado pela tecnologia de resfriamento líquido de placa fria, que não requer consumo contínuo de eletricidade, o consumo geral de energia do centro de energia de computação pode ser bastante reduzido, diminuindo significativamente o valor PUE. A tecnologia de resfriamento líquido de placa fria, por meio de uma série de tecnologias de economia de energia, como distribuição fria, controle preciso de temperatura, resfriamento de água morna e recuperação de calor residual, reduz significativamente o consumo de energia dos centros de energia de computação, alcançando utilização eficiente de energia.

 

▲ centros de poder

 

A tecnologia de resfriamento líquido de placa fria fornece diretamente refrigerante de baixa temperatura aos componentes geradores de calor por meio da unidade de distribuição de frio, absorvendo de forma rápida e eficiente o calor gerado pelos servidores, encurtando efetivamente o caminho de transferência de calor e melhorando a eficiência do resfriamento do sistema.

 

• Em comparação com os sistemas tradicionais de resfriamento a ar, os sistemas de resfriamento líquido de placa fria reduzem a necessidade de resfriamento a ar generalizado, permitindo um controle preciso da temperatura e reduzindo significativamente o consumo de energia de resfriamento dos centros de energia de computação.
• Além disso, a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria adota resfriamento de água morna, com temperaturas de água de saída atingindo 55-60 graus, permitindo resfriamento natural durante todo o ano. Além disso, com temperaturas de água de retorno excedendo 55 graus, a alta qualidade térmica permite a recuperação de calor residual para reutilização. O resfriamento líquido de água morna reduz a carga de dissipação de calor do sistema de resfriamento, e a recuperação de calor residual reduz o consumo geral de energia. Juntos, eles podem reduzir significativamente o consumo de energia dos centros de energia de computação. Além do consumo reduzido de energia do próprio sistema de resfriamento, o resfriamento líquido de placa fria ajuda a reduzir ainda mais as temperaturas do chip, levando a maior confiabilidade e menor consumo de energia. Espera-se que o consumo geral de energia do sistema diminua em aproximadamente 5%.

 

 

V Fácil Manutenção: Gabinetes de servidores integrados permitem manutenção simplificada, automatizada e inteligente

 

Com o desenvolvimento da tecnologia e a demanda crescente, os centros de poder de computação estão se expandindo em escala, e seus ambientes de aplicação e sistema estão se tornando mais complexos, exigindo mais mão de obra e suporte técnico para garantir estabilidade e segurança. Gabinetes de resfriamento líquido de placa fria integrados são amplamente reconhecidos no mercado por suas vantagens em rápida implantação e manutenção conveniente.

 

▲ Gabinete de resfriamento líquido de placa fria integrado

 

Os gabinetes de servidor resfriados a líquido alcançam manutenção automatizada sem cabos por meio de um design de inserção cega de três barramentos para o circuito de água de resfriamento líquido, fonte de alimentação e rede de troca, simplificando muito o processo de manutenção e reduzindo os riscos de falhas.

 

• Após serem instalados, testados e depurados na linha de produção, os gabinetes de servidor refrigerados a líquido podem ser entregues diretamente ao data center do cliente, eliminando a necessidade de instalação no local e reduzindo o ciclo de entrega para alguns dias.
• As tubulações secundárias usam um design modular, com componentes pré-fabricados na fábrica, eliminando a necessidade de soldagem e lavagem no local, melhorando a eficiência em 50% e acelerando significativamente a implantação e a ativação.
• Além disso, os gabinetes de servidor refrigerados a líquido contam com manutenção robótica, identificação automática da posição U do servidor, integração de gerenciamento de rede de terceiros e gerenciamento inteligente, simplificando os processos de manutenção e melhorando a eficiência da manutenção.

 

Por meio de um design integrado, a manutenção automatizada sem cabos dos gabinetes de servidor resfriados a líquido, a substituição eficiente de componentes, a entrega rápida do gabinete, o design eficiente de pipeline e os recursos de manutenção inteligente tornam a manutenção mais conveniente, a implantação mais rápida e as operações mais eficientes, ao mesmo tempo em que reduzem os custos de manutenção e a entrada de mão de obra. Essas vantagens tornam os gabinetes de servidor resfriados a líquido a escolha ideal para operação confiável e desenvolvimento futuro de centros de energia de computação.

 

 

VI Easy Retrofit: Vantagens de operabilidade flexível dão suporte à atualização e transformação de data centers desatualizados

 

Em face do aperto dos requisitos e políticas de consumo de energia, os centros de energia de computação tradicionais estão enfrentando desafios significativos. Para atender às demandas de conservação de energia e proteção ambiental, os operadores de centros de energia de computação devem tomar medidas eficazes. Entre elas, a modernização de ar para líquido, com sua eficiência econômica significativa, alta utilização de energia e excelente desempenho, tornou-se um caminho viável para os operadores de centros de energia de computação se adaptarem aos atuais requisitos de consumo de energia e desafios ambientais.

 

▲ tecnologia de resfriamento líquido

 

Ao fazer a transição dos métodos de resfriamento de alguns ou todos os servidores da tecnologia tradicional de resfriamento a ar para a tecnologia eficiente de resfriamento a líquido, os centros de energia de computação podem melhorar significativamente a utilização de energia, reduzir os valores de PUE e, assim, diminuir o consumo geral de energia. Essa mudança não apenas ajuda a atender aos requisitos de consumo de energia, mas também melhora a eficiência do resfriamento do servidor, aumenta a capacidade de computação e reduz problemas relacionados ao ruído do ventilador e à circulação de ar, melhorando a estabilidade e a confiabilidade dos servidores.

 

• Em primeiro lugar, a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria oferece melhor compatibilidade de material com componentes geradores de calor. Em um sistema de resfriamento líquido de placa fria, o refrigerante flui apenas pelos dutos da placa fria e não entra em contato direto com a placa-mãe do servidor e os componentes geradores de calor. Portanto, não há necessidade de design de material especial para a placa-mãe e os componentes geradores de calor. Ao selecionar o refrigerante, é preciso considerar apenas sua compatibilidade com o duto de circulação e a placa fria. Isso torna a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria mais flexível e adequada para vários equipamentos de servidor sem exigir modificações extensas de hardware.
• Em segundo lugar, a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria é fácil de adaptar. Essa tecnologia não altera a forma original da placa-mãe do servidor, mas a modifica, mantendo a placa-mãe existente. Esse método de modificação não só permite uma desmontagem fácil e uma instalação conveniente, mas também oferece melhor viabilidade em termos de tecnologia, indústria e produção em larga escala. Como não requer grandes mudanças ou substituições da placa-mãe, a instalação e a manutenção da tecnologia de resfriamento líquido de placa fria são mais simples e convenientes, ao mesmo tempo em que reduzem a dificuldade de aumentar a produção em tecnologia e indústria. Em contraste, a tecnologia de resfriamento líquido por imersão normalmente requer o design de placas-mãe especializadas resfriadas a líquido para acomodar suas características totalmente submersas, o que sem dúvida aumenta os custos técnicos e de fabricação.

 

Aproveitando essas vantagens, a tecnologia de resfriamento líquido de placa fria é mais conveniente e econômica em aplicações práticas, tornando-a a tecnologia preferida para atualização e modernização de antigos sistemas de resfriamento ar-líquido em centros de energia de computação.