W ciągu ostatnich pięciu lat rynek rozwiązań klimatyzacji precyzyjnej znacznie się rozwijał, głównie ze względu na wzrost zapotrzebowania na przetwarzanie danych. Według głównego analityka Lucasa Berana z Dell’Oro Group rynek ten osiągnął w zeszłym roku wartość 3,5 mld USD i prognozuje się, że do 2026 r. osiągnie on wartość 6 mld USD. Ten wyjątkowy wzrost rynku powoduje, że wiele zastosowań wymaga wdrożenia nowych technologii pozwalających nadążyć za tym trendem.
W październiku ubiegłego roku Ben Coughlin (Colovore), Gerard Thibault (Kao Data) i Don Mitchell (Victaulic) wzięli wraz ze mną udział w dyskusji panelowej poświęconej temu tematowi, a zorganizowanej przez Lucasa w ramach OCP Global Summit. Nasza rozmowa jednoznacznie wskazała, że chłodzenie cieczą jest przyszłością centrów danych, które chcą dotrzymać kroku ogromnemu wzrostowi zapotrzebowania na obliczenia, zwłaszcza w przypadku kolokacji. Jak stwierdzono w trakcie innej dyskusji panelowej OCP: Albo już teraz korzystasz z chłodzenia cieczą, albo będziesz z niego korzystać w ciągu najbliższych 3-5 lat.
Co przyspiesza rozwój chłodzenia centrów danych?
W ciągu ostatnich 12 lat znacząco zmieniły się serwery i elementy. Serwery kasetowe i wirtualizacja, które pojawiły się ponad dekadę temu, znacznie zwiększyły swoją gęstość powodując, że dzisiejsze serwery przetwarzania danych rutynowo pobierają od 750 watów do 1 kilowata (kW) na jednostkę szafy. Nawet pamięć flash o niskiej gęstości mocy pobiera obecnie 400–600 W na jednostkę szafy.
Chłodzenie cieczą towarzyszy komputerom od samego początku, ale zyskało na popularności dopiero niedawno wraz z ogromnym wzrostem wymagań obliczeniowych, wcześniej bowiem dominowało chłodzenie powietrzem ze względu na prostotę procesu. Chłodzenie powietrzem nadal dominuje, szczególnie w Wielkiej Brytanii, ale elastyczne infrastruktury centrów danych zgodne z wytycznymi OCP zyskują na popularności. Przetwarzanie danych o dużej wydajności i niektóre układy scalone, które nie są w stanie przekazywać ciepła do powietrza, spowodowały zwiększenie zainteresowania i wdrażania opcji chłodzenia cieczą. Nowe technologie chłodzenia cieczą w centrach danych, począwszy od chłodzenia na poziomie obudowy, aż po chłodzenie z zimną płytą, skłaniają do rozważenia i przyjęcia konfiguracji hybrydowych powietrze/ciecz.
Wraz z moimi kolegami z panelu OCP otrzymujemy co tydzień telefony od klientów lub potencjalnych klientów, którzy chcą zrozumieć, jak dodać chłodzenie cieczą do centrum danych, które jest chłodzone powietrzem. Odpowiedź Vertiv: Zacznij od drzwi tylnych, a następnie rozważ chłodzenie bezpośrednie układów scalonych.
Systemy chłodzenia cieczą spełniają wymagania związane z wysoką gęstością przetwarzania danych.
Chłodzenie cieczą wykazuje znacznie lepsze właściwości przekazywania ciepła niż chłodzenie powietrzem. Systemy chłodzenia cieczą w centrach danych są znacznie bardziej wydajne i ekonomiczne w przypadku szaf o dużej gęstości.
Wymagania dotyczące mocy nowoczesnych szaf rack przekraczają 20 kW, a wiele obiektów planuje wdrożenie szaf o wymaganiach mocy 50 kW lub nawet wyższych. Dojrzała technologia systemów chłodzenia cieczą za pomocą wymienników ciepła umieszczonych w tylnych drzwiach, taka jak Liebert® DCD firmy Vertiv, umożliwia zarządzanie gęstościami powyżej 20 kW. Te jednostki wymiennika ciepła cieczy zastępują tylne drzwi szafy rack. W rozwiązaniu pasywnym podgrzane powietrze jest odprowadzana przez wężownicę wypełnioną cieczą zamontowaną w miejscu tylnych drzwi szafy rackowej. W rozwiązaniu aktywnym wentylatory zasysają powietrze przepływające przez wężownice i usuwające ciepło z szaf o jeszcze wyższej gęstości.
Gdy gęstość szaf przekracza 20 kW,
systemy chłodzenia powietrzem tracą skuteczność i wtedy chłodzenie cieczą staje się realną opcją.
Systemy chłodzenia cieczą z wymiennikami ciepła w tylnych drzwiczkach stanowią doskonały pierwszy krok w kierunku bezpośredniego chłodzenia układów scalonych. Panele tylnych drzwi dobrze sprawdzają się w hybrydowych systemach chłodzenia cieczą i powietrzem, zwłaszcza w przypadku szaf o zróżnicowanej gęstości. Mój kolega z panelu, Gerard Thibault, podzielił się informacją, że Kao Data stosuje to hybrydowe podejście w swojej serwerowni o mocy 2 megawatów (MW). Firma dysponuje chłodzeniem powietrzem o mocy 2 MW i rozbudowuje je o kolejne 10 MW chłodzenia cieczą, w celu zapewnienia łącznej wydajności chłodzenia wynoszącej 12 MW.
Chłodzenie cieczą nie tylko zapewnia lepszą wydajność i oszczędność kosztów, ale również stanowi bardziej zrównoważoną metodę chłodzenia. Podczas Global Summit, OCP ogłosiła zrównoważony rozwój jako swoją piątą zasadę, obok wydajności, wpływu, otwartości i skalowalności. Chłodzenie cieczą w centrach danych może przyczynić się do realizacji celów zrównoważonego rozwoju przez firmy w nadchodzących latach. W przeciwieństwie do chłodzenia powietrzem, które coraz trudniej radzi sobie z zadaniami, rozwiązania chłodzenia cieczą, takie jak wymienniki ciepła w tylnych drzwiach lub bezpośrednie chłodzenie chipów, pozwalają na uzyskanie lepszych wyników chłodzenia przy mniejszym nakładzie pracy. To prowadzi do mniejszego zużycia energii i redukcji emisji dwutlenku węgla. Można również zastosować te technologie razem, aby przekierować 100% obciążenia cieplnego do cieczy!
Konfiguracja kolokacyjnego centrum danych o wysokiej gęstości chłodzonego cieczą
Czy centra danych chłodzone cieczą lub w hybrydowej konfiguracji różnią się znacznie od centrów danych chłodzonych powietrzem? Ben Coughlin z firmy Colovore podzielił się z nami informacjami na temat konfiguracji swojego obiektu, która obejmuje wieżę chłodniczą na zewnątrz, a także pompy i rury. Każda obudowa szafy ma dwa przyłącza rurowe — jedno do dostarczania wody, drugie do odprowadzania – i to wszystko. Nie posiadają one agregatów chłodniczych ani urządzeń podłogowych do dystrybucji chłodziwa. Wspomagane wentylatorem „aktywne” tylne drzwi Vertiv współpracują teraz z wieloma megawatami bezpośredniego chłodzenia cieczą, jednak dostawy chłodziwa są ograniczone przez istniejącą instalację rurową. Nie ma zbyt wielkiej różnicy wizualnej. Temperatura i dźwięk to jednak zauważalne różnice.
Centra danych kolokacyjne o dużej mocy przetwarzania danych z hybrydowym chłodzeniem charakteryzują się bardziej komfortową temperaturą otoczenia, utrzymującą się na poziomie około 70°F (21°C), w przeciwieństwie do tradycyjnych centrów danych chłodzonych powietrzem, gdzie występują zimne i gorące korytarze. Serwery infrastruktury o wyższej mocy przetwarzania danych oraz serwery sztucznej inteligencji (AI) generują znaczny hałas, ale elementy chłodzące nie przyczyniają się do dodatkowej emisji dźwięku. Są to całkowicie „normalne” hale danych z standardowymi szafami 45-U, a klienci uzyskują dostęp do swoich serwerów w ten sam sposób.
Najważniejszą różnicą jest przepływ powietrza wewnątrz obudowy. Przełączniki sieciowe są bardzo niskie i muszą dlatego oddychać od przodu do tyłu. Większe jednostki dystrybucji zasilania wymagają „dopasowanego” okablowania, ponieważ wielkość szaf nie rośnie w tym samym tempie co serwery, które zawierają. Takie są ograniczenia wnętrza szafy. Problemy te można rozwiązać podczas projektowania i instalacji, pod warunkiem ich wcześniejszego dogłębnego poznania.
Zaplanuj teraz przyszłość centrum danych chłodzonego cieczą
Jak powiedział mój kolega Don, „Nie bój się chłodzenia cieczą, zaplanuj je”. Modernizacja centrów danych jest w punkcie zwrotnym. W ciągu najbliższych 5-10 lat chłodzenie powietrzem nie będzie w stanie sprostać wysokim wymaganiom związanym z dużą gęstością mocy obliczeniowej. To już nie będzie tylko kwestia „jutra”, ale raczej konieczność, która zostanie wymuszona przez ciągły rozwój centrów danych. Nadszedł czas, aby zaakceptować nadchodzącą zmianę i zaplanować ją, zanim się dokona.
Miałem przyjemność dołączyć do Bena, Gerarda, Dona i Lucasa podczas globalnego szczytu OCP „Empowering Open”, aby przyjrzeć się przyszłości chłodzenia cieczą w centrach danych. Firmy takie jak nasza — Dell'Oro Group, Colovore, Kao Data, Victaulic i Vertiv — czerpiemy przyjemność z pomagania naszej branży we wprowadzaniu innowacji i sukcesie projektów naszych klientów. Możesz obejrzeć nagranie panelu na YouTube oraz odwiedzić stronę internetową Vertiv, aby dowiedzieć się więcej na temat rozwiązań do chłodzenia o wysokiej gęstości i cieczą.
