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Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2023-07-25 Herkunft:Powered
Mit der rasanten Entwicklung rechenintensiver Anwendungen wie künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Kryptowährung, AR/VR usw. führt der wachsende Rechenbedarf dazu, dass sich Rechenzentren schrittweise in Richtung „hohe Leistung, hohe Dichte und hoher Energieverbrauch“ entwickeln.Der Energieverbrauch des Rechenzentrums setzt sich grob aus Kommunikations- und Netzwerkgeräten, Stromversorgungs- und Verteilungssystem, Beleuchtung und Zusatzgeräten sowie Kühlsystem zusammen.Der Energieverbrauch des Kühlteils macht etwa 40 % des Gesamtenergieverbrauchs des Rechenzentrums aus.Die Verbesserung der Effizienz der Kühlsysteme von Rechenzentren und die Reduzierung des Energieverbrauchs sind entscheidend für die Erreichung des „Double Carbon“-Ziels.
Gängige Methoden zur Flüssigkeitskühlung umfassen Kühlplatte, Spray und Eintauchen.Unter diesen weist die Immersionsflüssigkeitskühlung die höchste Wärmeübertragungseffizienz auf und kann lokale Hotspots vermeiden.Es ist derzeit das wahrscheinlichste technische Mittel zur Lösung verschiedener Probleme, mit denen Kühlsysteme in Hochleistungsrechnerumgebungen konfrontiert sind.
Als Motor zur Förderung der Neuentwicklung des Big Data Centers der nächsten Generation spiegeln sich die Vorteile der Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider.
Bei der Immersionsflüssigkeitskühlung wird Kühlmittel als Wärmeübertragungsmedium verwendet.Flüssigkeiten haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität, sodass sie Wärme schneller leiten und Wärme effizienter absorbieren.Gleichzeitig weisen Rechenzentren, die Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie verwenden, aufgrund des geringeren Einsatzes von Lüftern und Klimaanlagen einen niedrigeren PUE auf.
Die Immersionsflüssigkeitskühlung kann die Serverdichte pro Raumeinheit des Rechenzentrums erheblich erhöhen und dadurch High-Density-Computing besser unterstützen.Herkömmliche Rechenzentren verwenden luftgekühlte Systeme und die Rack-Leistungsdichten, die gekühlt werden können, liegen typischerweise bei 10 kW bis 15 kW.Durch die Immersionsflüssigkeitskühlung kann die Leistung eines einzelnen Racks auf 100 kW oder sogar über 200 kW gesteigert werden.Daher kann es die Wärmeableitungsanforderungen von High-Density-Computing-Szenarien vollständig erfüllen.
Die Immersionsflüssigkeitskühlung hält IT-Geräte auf der richtigen Temperatur.Die Tauchumgebung vermeidet wirksam die nachteiligen Auswirkungen von Feuchtigkeit (Wasser in der Luft führt zu Korrosion der Komponenten und Kühlflüssigkeit kann die Ausrüstung schützen), Staub usw. auf die Ausrüstung.Darüber hinaus werden die Lärm- und Vibrationsprobleme effektiv gelöst, da die Server und Computerräume keine Lüfter mehr benötigen.
Die hervorragende Wärmeableitungsleistung der Immersionsflüssigkeitskühlung ermöglicht eine enge Anordnung der Server ohne Trennung.Gleichzeitig entfällt die Konfiguration von Ventilatoren und es sind keine Klimaanlagen und Kühlaggregate im Maschinenraum erforderlich.Es ist nicht erforderlich, Warm- und Kaltgangeinhausungen und Doppelböden zu installieren, so dass die Immersionsflüssigkeitskühlung eine höhere Raumausnutzung als herkömmliche Kühllösungen bietet.
Ein enormer Wasserverbrauch erhöht nicht nur die Betriebskosten, sondern steht in Gebieten mit begrenztem Wasserverbrauch auch unter regulatorischem Druck.Herkömmliche Luftkühlungstechnologien erfordern in der Regel den Einsatz einer großen Menge Wasser zur Verdunstungskühlung.Das Kühlmittel der Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie kann bei höheren Temperaturen (bis zu 45 °C) arbeiten.Selbst in heißeren Klimazonen kann die freie Kühlung effizient genutzt werden, wodurch der Bedarf an aktiver Wärmeabfuhr reduziert und somit Wasser gespart wird.
Bei der Immersionsflüssigkeitskühlung werden IT-Geräte direkt in ein Kühlmittel getaucht, wobei das Kühlmittel die von den Geräten erzeugte Wärme absorbiert.Je nachdem, ob die Kühlflüssigkeit im Prozess der zirkulierenden Wärmeableitung einen Phasenwechsel erfährt, kann sie in einphasige Immersionsflüssigkeitskühlung und zweiphasige Immersionsflüssigkeitskühlung unterteilt werden.
Die Kühlflüssigkeit der einphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung weist üblicherweise einen relativ hohen Siedepunkt auf.Nachdem die Kühlflüssigkeit Wärme absorbiert hat, findet keine Phasenänderung statt und sie bleibt immer im flüssigen Zustand.Es zirkuliert das Kühlmittel durch natürliche Konvektion oder pumpengetrieben.Der durch natürliche Konvektion angetriebene Zirkulationswärmeableitungsprozess macht sich die Eigenschaft zunutze, dass die Volumenausdehnungsdichte der Flüssigkeit nach dem Erhitzen abnimmt.Das heißere Kühlmittel schwimmt auf natürliche Weise auf und wird durch einen Wärmetauscher gekühlt, der an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen ist.Die abgekühlte Flüssigkeit sinkt unter der Wirkung der Schwerkraft auf natürliche Weise ab, um die Zirkulation und Wärmeableitung zu vervollständigen.
Im Vergleich zur natürlichen Konvektion kann der Einsatz einer Pumpe zum Antrieb des zirkulierenden Kühlmittels die Kühlleistung effektiver verbessern.Das Gerät bestehend aus Pumpe, Wärmetauscher, Sensor und Filter wird als Kühlmittelverteilungseinheit (CDU, Coolant Distribution Unit) bezeichnet.Durch den Einsatz der CDU lassen sich Temperatur und Durchflussmenge des Kühlmittels präziser steuern.Kühleres Kühlmittel wird durch das Heizelement gepumpt und entzieht dabei Wärme.Das erwärmte Kühlmittel gelangt unter dem Antrieb der Pumpe in den Wärmetauscher, um dort gekühlt zu werden, und zirkuliert dann unter der Wirkung der Pumpe weiter.Der Wärmetauscher verwendet im Allgemeinen Wasser als Kühlmedium und die Wärme wird schließlich über das zirkulierende Kühlwassersystem abgeführt.
Das Funktionsprinzip der einphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung ist in der Abbildung dargestellt.
Die Vorteile der einphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung spiegeln sich in zwei Aspekten wider.Zum einen ist der Einsatz des Kühlmittels immer billiger.Das andere ist, dass das Kühlmittel keinen Phasenwechsel hat.Es besteht kein Grund zur Sorge über die Gesundheitsrisiken eines Überlaufens der Kühlmittelverdunstung oder des Einatmens des Personals, was der Wartung zuträglicher ist.
Bei der zweiphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung durchläuft die Kühlflüssigkeit während des Zirkulations- und Wärmeableitungsprozesses kontinuierlich einen Phasenwechselprozess von flüssig zu gasförmig und dann wieder zurück zu flüssig.Die IT-Geräte sind vollständig in einen luftdichten Tank eingetaucht, der mit niedrig siedendem Kühlmittel gefüllt ist, das die von den Geräten abgegebene Wärme aufnimmt.Nachdem das Kühlmittel Wärme aufgenommen hat, steigt die Temperatur und beginnt nach Erreichen des Siedepunkts zu sieden.Vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wird gleichzeitig eine große Menge Dampf erzeugt.Der Dampf steigt aus der Flüssigkeit auf und entweicht über der Flüssigkeitsoberfläche, wodurch im flüssigkeitsgekühlten Tank ein Gasphasenbereich entsteht.Der Kühlmitteldampf im Gasphasenbereich steht mit dem wassergekühlten Kondensator in Kontakt und die Wärme wird vom Kondensator aufgenommen.Das Kühlmittel kondensiert zu einer Flüssigkeit, die zur Rezirkulation in Tröpfchen in den Behälter zurückfällt.Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird über das zirkulierende Kühlwassersystem abgeführt.
Das Funktionsprinzip der zweiphasigen Immersionsflüssigkeitskühlung ist in Abbildung 3 dargestellt.
Das für die zweiphasige Immersionsflüssigkeitskühlung verwendete Kühlmittel sollte nicht nur gute thermophysikalische Eigenschaften, chemische und thermische Stabilität sowie Korrosionsfreiheit aufweisen, sondern auch einen geeigneten Siedepunkt, einen relativ engen Siedebereich und eine hohe latente Verdampfungswärme benötigen.Es wurde versucht, Silikate, aromatische Substanzen, Silikone, aliphatische Verbindungen und Fluorkohlenwasserstoffe in der Zweiphasen-Immersionsflüssigkeitskühlung einzusetzen.Unter diesen weisen Fluorkohlenstoffverbindungen die beste Gesamtleistung auf und werden daher häufiger verwendet.
Die zweiphasige Immersionsflüssigkeitskühlung nutzt die latente Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit voll aus, wodurch die extremen Anforderungen von Hochleistungsheizelementen an die Wärmeableitung erfüllt werden können.Es sorgt dafür, dass IT-Geräte mit voller Leistung laufen.Aufgrund des Phasenwechsels muss das Zweiphasen-Tauchflüssigkeitskühlsystem jedoch luftdicht gehalten werden, um ein Entweichen von Dampf zu verhindern. Was’Es ist mehr, müssen die durch den Phasenwechselprozess verursachte Änderung des Luftdrucks und das Gesundheitsrisiko für das Wartungspersonal, das während der Systemwartung Gas einatmet, berücksichtigt werden.
Zum jetzigen Zeitpunkt gibt es noch viele Hindernisse und Herausforderungen bei der Förderung der schnellen Einführung der Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie in Rechenzentren.Dazu gehören Einschränkungen des Anwendungsszenarios, Support durch den Gerätehersteller sowie Bereitstellungs- und Nachrüstkosten.
Ob und auf welche Weise die oben genannten Probleme gelöst werden können, wird der Schlüssel für den schnellen und großflächigen Einsatz der Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie in der Zukunft sein.
