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Anzahl Durchsuchen:10 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2025-04-30 Herkunft:Powered
Die digitale Welt läuft in Rechenzentren, und da unsere Abhängigkeit von Daten exponentiell wächst, wird auch der Stromverbrauch - und die erzeugte Wärme - durch diese kritischen Einrichtungen verbraucht. Der Aufstieg der künstlichen Intelligenz (KI), des Hochleistungs-Computing (HPC) und der zunehmend dichteren Serverhardware hat herkömmliche Air-Cooling-Methoden an ihren Bruchpunkt geführt. Die Wärmedichten innerhalb von Server -Racks steigen und machen effizientes thermisches Management für operative Stabilität, Hardware -Langlebigkeit und Umweltversorgungsfähigkeit von größter Bedeutung.
Betreten Sie das Intumsionskühlung , einen transformativen Ansatz, der sich über die Luft hinaus bewegt und Flüssigkeit direkt mit wärmebildeten Komponenten in Kontakt bringt. Durch die Übertauchung der Hardware in spezialisierten dielektrischen (nicht leitenden) Flüssigkeiten bietet die Immersionskühlung weit überlegene Wärmeübertragungsfähigkeiten. 'Immersionskühlung' ist jedoch nicht monolithisch; Es umfasst hauptsächlich zwei verschiedene Technologien: Einphasen-Immersionskühlung (1-PIC) und Zweiphasen-Eintauchkühlung (2-PIC) . Das Verständnis der grundlegenden Unterschiede, Vorteile und Kompromisse zwischen diesen beiden Ansätzen ist entscheidend, um fundierte Entscheidungen über die Abkühlung der nächsten Generation zu treffen. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Vergleich zu dieser Wahl.
In einem einphasigen Immersionskühlsystem ist IT-Geräte (Server, GPUs, ASICS) vertikal oder horizontal in einem mit einem dielektrischen Kühlmittel gefüllten Tank eingetaucht. Die von den Komponenten erzeugten Wärme überträgt sich hauptsächlich durch Konvektion auf die umgebende Flüssigkeit. Entscheidend ist, dass das Kühlmittel während dieses primären Kühlprozesses in seinem flüssigen Zustand bleibt -daher 'Einzelphasen. '
Um den absorbierten Wärme zu entfernen, wird die erwärmte dielektrische Flüssigkeit durch Pumpen aus dem Immersionstank aktiv zirkuliert. Es fließt zu einer externen Wärmeabstoßungseinheit, typischerweise eine Kühlmittelverteilungseinheit (CDU), die einen Wärmetauscher (häufig Flüssigkeit zu Flüssigkeit) enthält. Hier wird die Wärme vom dielektrischen Kühlmittel auf eine sekundäre Schleife übertragen, normalerweise Wasser. Die inzwischen gekühlte dielektrische Flüssigkeit wird dann wieder in den Immersionstank gepumpt, um den Kühlzyklus fortzusetzen.
Flüssigkeiten: Verwenden Sie technische Flüssigkeiten auf Kohlenwasserstoffbasis (z.
Hardware: Erfordert Tanks (die als offene Bäder oder versiegelte Einheiten ausgelegt werden können), robuste Pumpen, die die Viskosität und die Durchflussraten der Dielektrizenteilsflüssigkeit und die externen CDUs oder Wärmetauscher mit dem Wärmeabstoßsystem der Anlage abwickeln können.
Die Zwei-Phasen-Eintauchkühlung beinhaltet auch die Tauchhardware in ein dielektrisches Flüssigkeit, aber mit einem wichtigen Unterschied: Die Flüssigkeit ist speziell so konstruiert, dass sie einen sehr niedrigen Siedepunkt aufweist (häufig bei Betriebsdruck).
Wenn sich die Komponenten erhitzen, werden die umgebenden Flüssigkeit direkt auf ihren Oberflächen kochen. Diese Phase-Änderung von Flüssigkeits-Dampfungen absorbiert sehr effizient und bei nahezu konstanter Temperatur eine große Menge an Energie (latente Verdampfungswärme). Der erzeugte Dampf, der weniger dicht ist, erhebt sich natürlich auf die Spitze des Tanks. Dort stößt es auf einen Kondensator (typischerweise von einem Einrichtungswasser abgekühlten Spulen oder einer anderen Sekundärschleife), die in den Tankdeckel oder den oberen Abschnitt integriert ist. Der Dampf setzt seine latente Wärme am Kondensator frei, wechselt wieder in Flüssigkeit und tropft dann wieder in das Hauptflüssigkeitsbad über Schwerkraft. Dieser interne Siede-/Kondensationszyklus bietet den primären Kühlmechanismus und beseitigt weitgehend die Notwendigkeit, dass Pumpen das primäre dielektrische Flüssigkeit im Tank selbst zirkulieren.
Flüssigkeiten: Verwendet spezialisierte technische Flüssigkeiten, überwiegend fluorochemisch (historisch gesehen historisch häufiger HFEs, FKs oder neuere proprietäre Low-GWP-Formulierungen wie 3M ™ Novec ™/Fluorinert ™ oder Chemours ™ Opteon ™). Diese haben niedrige Siedepunkte, hohe latente Wärmewerte, ausgezeichnete dielektrische Festigkeit, sind jedoch typischerweise viel teurer und volatiler als 1-Pic-Flüssigkeiten. Umweltauswirkungen (GWP) und potenzielle regulatorische Prüfung (PFAs) sind signifikante Überlegungen für bestimmte Flüssigkeitstypen.
Hardware: Erfordert sorgfältig gestaltete Panzer, die normalerweise versiegelt oder halbversiegelt sind, um den Dampfdruck zu verwalten und den Verlust teurer, flüchtiger Flüssigkeiten zu minimieren. Integrierte Kondensatoren sind kritische Komponenten. Während das Pumpen des Primärflüssigkeit im Tank häufig beseitigt wird, werden Pumpen für die externe Schleife, die den Kondensator abkühlt, immer noch benötigt.
Das Verständnis der Nuancen zwischen diesen Technologien erfordert einen direkten Vergleich über mehrere Schlüsselbereiche:
1-pic: basiert auf einer sensiblen Wärmeübertragung durch Konvektion. Die Effizienz hängt von Flüssigkeitseigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, spezifischer Wärme, Viskosität) und Durchflussrate ab, die von Pumpen erzeugt werden. Effektiv, aber weniger effizient am Punkt der Wärmeabsorption als das Kochen.
2-pic: stützt sich hauptsächlich auf latentes Wärmeübertragung über das Kochen von Kern . Dieser Mechanismus hat von Natur aus höhere Wärmeübertragungskoeffizienten, was eine effizientere Wärmeentfernung direkt von Komponentenoberflächen ermöglicht.
1-Pic: In der Lage, hohe Rackdichten zu handhaben, oft bis zu 100 kW oder sogar 200 kW pro Rack angeführt, abhängig von der spezifischen Implementierung und Flüssigkeit.
2-Pic: Im Allgemeinen als fähig angesehen, um höhere Maximalleistungspflicht zu behandeln, überschreiten häufig 200 bis 250 kW pro Rack und möglicherweise aufgrund der überlegenen Effizienz der Kochwärmeübertragung möglicherweise viel höher. Dies macht es für die extremsten Berechnungsintensive attraktiv.
1-pic: Kann eine gute Temperaturregelung erreichen, aber es wird von Natur aus zu einem Temperaturanstieg der Flüssigkeit kommen, wenn sie an Komponenten vorbei fließt und einen Temperaturgradienten über das System hinweg.
2-Pic: Der Siedeprozess erfolgt bei einer nahezu konstanten Sättigungstemperatur (abhängig vom Druck). Dies führt typischerweise zu einer ausgezeichneten Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberflächen der eingetauchten Komponenten, wodurch die thermische Spannung verringert und Hotspots effektiver mildern.
1-pic: Verwendet höhere Siedepunktöle/Synthetik. Im Allgemeinen geringere Kosten, viel geringere Volatilität (minimaler Verdunstungsverlust), einfacheres Handling und häufig weniger Umweltprobleme (abhängig von der spezifischen Flüssigkeit).
2-pic: Verwendet fluorochemisch mit niedrigem Siedepunkt. Deutlich höhere Kosten, hohe Volatilität (erfordert versiegelte Systeme, um kostspielige Verluste zu vermeiden), möglicherweise höherer GWP für einige Flüssigkeiten (obwohl sich neuere Optionen verbessern) und regulatorische Überlegungen zu PFAS -Chemikalien. Ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften sind ein Muss.
1-Pic: Einfacheres Konzept-erfordert robuste primäre Schleifenpumpen und externe CDUs. Tankdesign kann weniger komplex sein (offene Bäder sind üblich und vereinfachen Zugang).
2-pic: eliminiert Primärschleifpumpen, erfordert jedoch effiziente integrierte Kondensatoren und versiegelte/halbversiegelte Panzer, wodurch das Tankdesign selbst Komplexität und potenziell Kosten erhöht. Er benötigt immer noch eine externe Schleife, um den Kondensator zu kühlen.
Sowohl 1-Pic- als auch 2-Pic-PIC-Verbesserungen gegenüber herkömmlicher Luftkühlung bieten dramatische PUE-Verbesserungen und erreichen häufig Figuren sehr nahe am idealen (1,0).
2-pic behauptet häufig eine leichte Kante (z. B. PUE möglicherweise möglicherweise nur 1,01-1,02), da die Primärpumpenergie und eine hocheffiziente Wärmeübertragung beseitigt werden.
1-Pic-PUE ist auch ausgezeichnet (z. B. 1,02-1,03 oder besser), wobei der Hauptkühlenergie-Overhead von den Primärzirkulationspumpen und dem externen Wärmeabstoßungssystem (häufig beides) stammt. Die reale Pute hängt stark vom spezifischen Design, der Skalierung und der Integration in die Kühlung der Einrichtung ab.
1-pic: oft als leichter zu bedienen angesehen. Offene Baddesigns ermöglichen einen direkten Zugriff auf Hardware (obwohl flüssiges Tropfen benötigt). Flüssigkeiten sind weniger volatil und im Allgemeinen einfacher zu handhaben.
2-Pic: Wartung kann komplexer sein. Versiegelte Panzer müssen möglicherweise sorgfältig geöffnet werden, um den Dampfverlust zu minimieren. Um den Umgang mit flüchtigen Flüssigkeiten erfordert spezifische Verfahren. Einige Quellen behaupten, eine einfachere Aufrechterhaltung, da die Entwässerung von Flüssigkeiten für den Swaps des Komponenten nicht erforderlich ist, aber das Dampfmanagement bleibt eine wichtige Überlegung.
Profis:
Einfachere Systemmechanik und möglicherweise niedrigere Hardwarekomplexität.
Niedrigere Kosten und viel geringere Volatilität von Arbeitsflüssigkeiten.
Einfacherer Flüssigkeitshandling und möglicherweise einfacherer Hardwarezugriff (offenes Bad).
Reife und weit verbreitete Technologie.
Nachteile:
Niedrigere maximale Wärmedichtefähigkeit im Vergleich zu 2-Pic.
Erfordert signifikante Energie für Primärflüssigkeitspumpen.
Weniger inhärente Temperaturgleichmäßigkeit im Vergleich zum Kochen.
Profis:
Höchste Wärmeübertragungseffizienz und Fähigkeit für extreme Leistungsdichten.
Ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeit aufgrund des isothermen Kochens.
Beseitigt die Energie des Primärfluids (obwohl die Kondensatorschleife noch abkühlt wird).
Potenziell der niedrigste erreichbare PUE.
Nachteile:
Höhere Systemkomplexität (versiegelte Tanks, Kondensatoren, Dampfmanagement).
Signifikant höhere Flüssigkeitskosten und hohe Volatilität (erfordert Versiegelung, Verlustrisiko).
Umwelt-/regulatorische Bedenken im Zusammenhang mit einigen fluorierten Flüssigkeiten (GWP, PFAS).
Potenziell komplexere Wartungsverfahren.
Die Wahl zwischen 1-Pic und 2-Pic ist nicht immer eindeutig und hängt stark von spezifischen Anforderungen ab:
1-pic wird häufig für Anwendungen bevorzugt, die erhebliche Verbesserungen der Dichte gegenüber der Luftkühlung (bis zu einem Bereich von ~ 100 bis 200 kW/Rack) erfordern, bei dem Einfachheit, niedrigere Anfangskosten und einfache Betriebsvorschriften hohe Prioritäten sind. Es ist eine robuste und nachgewiesene Lösung für viele Rechenzentren HPC, KI und Unternehmen.
2-Pic wird in der Regel für Anwendungen berücksichtigt, die die absoluten Grenzen der Leistungsdichte (> 200 kW/Rack) wie hochmoderne Supercomputer, extreme AI/ML-Trainingscluster oder spezialisierte Hochflux-Elektronik, die maximale thermische Leistung und die niedrigstmögliche PUS, von entscheidender Bedeutung sind und die höheren Komplexität/Kosten/Kosten gerechtfertigt sind.
Faktoren wie Budgetbeschränkungen, betriebliches Fachwissen, Toleranz gegenüber Komplexität des Flüssigkeitsmanagements, lokale Umweltvorschriften und langfristige TCO-Ziele spielen eine entscheidende Rolle bei der Entscheidung.
Die Entwicklung von Immersionskühlflüssigkeiten dauert an. Für 2-Pic-Forschung konzentriert sich die signifikante Forschung auf die Schaffung neuer Flüssigkeiten mit niedrigerer GWP, verbesserter Materialkompatibilität und niedrigeren Kosten und gleichzeitig die hervorragenden thermischen und dielektrischen Eigenschaften. Vorschriften in Bezug auf PFAS -Chemikalien können zukünftige Flüssigkeitsauswahl beeinflussen. Für 1-Pics weiterhin die Optimierung der Flüssigkeitseigenschaften für eine bessere thermische Leitfähigkeit und geringere Viskosität. Möglicherweise treten auch hybride Ansätze auf und versuchen, die Vorteile beider Technologien zu kombinieren.
Sowohl einphasige als auch zweiphasige Eintauchkühlung stellen bahnbrechende Fortschritte im thermischen Management des Rechenzentrums dar und bieten im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Effizienz, Dichte und Nachhaltigkeit. 1-pic bietet einen einfacheren, oft kostengünstigeren Weg zur Flüssigkeitskühlung mit hoher Dichte unter Verwendung weniger flüchtiger Flüssigkeiten. 2-Pic bietet den Höhepunkt der Wärmeübertragungsleistung und ermöglicht extreme Leistungsdichten, verfügt jedoch über eine größere Komplexität und Überlegungen zu Flüssigkeitskosten, Volatilität und Umweltauswirkungen.
Die optimale Wahl ist nicht universell. Es erfordert eine gründliche Bewertung der aktuellen und zukünftigen Stromdichtebedürfnisse, des Kapital- und Betriebsbudgets, des technischen Fachwissens, der Risikotoleranz und der Nachhaltigkeitsziele. Eine sorgfältige Bewertung und häufiges Konsultation mit Kühlungsexperten sind wichtig, um die Immersionskühlstrategie auszuwählen, die am besten mit den spezifischen Zielen einer Einrichtung übereinstimmt.
Da sich die Nachfrage nach ausgefeilten Kühllösungen in Rechenzentren und anderen elektronischen Anwendungen mit hoher Leistung intensiviert, wird das Tiefenkompetenz für thermische Technik unverzichtbar. Bei WinShare Thermal , das 2009 gegründet wurde, widmen wir uns dem Entwerfen, Simulieren und Herstellen von Hochleistungs-thermischen Managementlösungen, die diese sich entwickelnden Herausforderungen bewältigen können.
Unser umfangreicher Hintergrund in fortschrittlichen Flüssigkühlsystemen bietet uns eine starke Grundlage für die Kernprinzipien, die für die Bereitstellung einer effektiven Immersionskühlung von entscheidender Bedeutung sind, sei es einphasige oder zweiphasige. Dies beinhaltet Fachwissen in:
Entwerfen hocheffizienter Wärmetauscher , wichtigen Komponenten in CDUs (für 1-PIC) und Kondensatoren (für 2-PIC).
Optimierung der Flüssigkeitsdynamik und Wärmeübertragung in komplexen thermischen Anordnungen.
Durchführung detaillierter thermischer Simulationen (CFD), um die Systemleistung vorherzusagen und zu validieren.
Präzisionsherstellung komplizierter thermischer Komponenten und Baugruppen .
Während unser Kernfokus auf Lösungen auf Komponenten- und Systemebene wie Wärmerohrmodulen, Dampfkammern und kunden Kaltplatten liegt, unser Verständnis der Wärmeübertragungsphysik, der Materialwissenschaft und der Qualitätsprozesse (zertifiziert für ISO9001, ISO14001, IATF 16949) ermöglicht es uns, die Strategien zur Entwicklung und Umsetzung von Strategien für die Entwicklung von Liquiduptionen effektiv zu beitragen. Wir arbeiten mit Innovatoren in der neuen Energie-, IKT-, Stromerektronik- und Rechenzentrumsindustrie zusammen, um eine zuverlässige, optimierte thermische Leistung zu liefern.
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