Khi nói đến máy tính để bàn hiệu suất cao, đặc biệt là trong thế giới game, làm mát bằng nước là phổ biến và hiệu quả. Tuy nhiên, trong thế giới của các trung tâm dữ liệu, các máy chủ thường xuyên dựa vào hệ thống làm mát bằng không khí truyền thống, kết hợp với hệ thống AC khổng lồ giúp giữ cho các phòng máy chủ ở nhiệt độ thích hợp.
Tuy nhiên, các trung tâm dữ liệu cũng có thể sử dụng làm mát bằng nước! Nó không phải lúc nào cũng giống như bạn mong đợi.
Luôn mát mẻ
Việc làm mát là cực kỳ quan trọng đối với các trung tâm dữ liệu. Để phần cứng quá nóng làm tăng tỷ lệ hỏng hóc và thậm chí có thể ảnh hưởng đến tính khả dụng của dịch vụ. Nó cũng sử dụng một lượng lớn năng lượng, với việc làm mát chiếm lên đến 40% năng lượng sử dụng trong trung tâm dữ liệu trung bình. Điều này cũng chảy vào chi phí vận hành, vì năng lượng không hề rẻ.
Do đó, bất kỳ hiệu quả nào đạt được trong việc làm mát một trung tâm dữ liệu có thể có vô số lợi ích. Ngoài việc chỉ nâng cao độ tin cậy và cắt giảm lượng khí thải thông qua việc sử dụng năng lượng thấp hơn, mật độ cũng có những lợi ích. Khả năng làm mát càng hiệu quả, thì càng có nhiều máy chủ và sức mạnh xử lý có thể được nhồi vào một dấu chân nhất định mà không gặp phải vấn đề quá nhiệt.
Các kỹ thuật làm mát bằng nước và chất lỏng có thể mang lại một bước thay đổi về hiệu suất so với làm mát bằng không khí truyền thống. Điều này là do thực tế là không khí không có nhiệt dung lớn so với nước hoặc các chất làm mát dạng lỏng đặc biệt khác. Truyền một lượng nhiệt lớn vào chất lỏng dễ dàng hơn nhiều. Ở một số khu vực pháp lý, thậm chí còn có cuộc nói chuyện về việc sử dụng nhiệt thải từ các trung tâm dữ liệu để cung cấp hệ thống sưởi cho khu vực, dễ dàng hơn nhiều với nguồn chất lỏng nóng mang nhiệt thải so với không khí nóng.
Tuy nhiên, làm mát bằng chất lỏng cũng có những hạn chế. Rò rỉ có thể làm hỏng thiết bị điện tử nếu không được quản lý đúng cách, và các hệ thống như vậy thường đi kèm với sự phức tạp hơn so với việc chạy các hệ thống quạt và điều hòa không khí đơn giản. Đương nhiên, hiệu suất làm mát được cải thiện đi kèm với một sự đánh đổi, nếu không nó sẽ là tiêu chuẩn.
Các cách tiếp cận khác nhau
”Data-medium-file =” https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s-eriksen.jpg?w=400 ″ data- Large-file = ”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s-eriksen.jpg?w=500 ″ loading =” lazy ” class = ”size-medium wp-image-539616 ″ src =” https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s-eriksen.jpg ? w = 400 ″ alt width = ”400 ″ height =” 266 ″ srcset = ”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s -eriksen.jpg 500w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s-eriksen.jpg?resize=250,167 250w, https: / /hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/tilslut-1-asetek-datacenter-plus-andre-s-eriksen.jpg?resize=400,266 400w ”kích thước =” (max-width: 400px) 100vw, 400px ”>
Cách tiếp cận làm mát bằng nước rõ ràng nhất cho một trung tâm dữ liệu sẽ là hoán đổi bộ làm mát của quạt trong máy chủ cho các khối nước và liên kết các giá đỡ với các mạch làm mát bằng nước. Điều này có thể đạt được, với một số công ty cung cấp khối làm mát trực tiếp đến chip sau đó có thể được nối vào một vòng làm mát chất lỏng rộng hơn trong một giá đỡ máy chủ hỗ trợ. Đó là lý thuyết tương tự như việc làm mát bằng nước trên máy tính để bàn, thay vào đó là thay thế quạt và tản nhiệt bằng khối nước. Phương pháp máy chủ làm mát bằng nước trực tiếp này có lợi ích là nó có thể tỏa ra rất nhiều nhiệt, với một số tuyên bố có thể lên tới 80 kW cho mỗi giá đỡ.
Tuy nhiên, cách tiếp cận này có một số hạn chế. Nó yêu cầu mở và sửa đổi máy chủ trước khi cài đặt vào giá đỡ. Điều này là không mong muốn đối với nhiều người vận hành và bất kỳ sai sót nào trong quá trình lắp đặt đều có thể gây ra các khuyết tật gây tốn kém cho việc sửa chữa cả về thời gian và thiết bị. Dịch vụ và bảo trì cũng phức tạp do cần phải ngắt kết nối làm mát bằng nước khi tháo máy chủ, mặc dù điều này được đảm bảo phần nào bởi các phụ kiện kết nối nhanh đặc biệt “không nhỏ giọt”.
Một phương pháp ít xâm lấn hơn liên quan đến việc sử dụng các máy chủ làm mát bằng không khí thông thường được đặt trong giá đỡ làm mát bằng nước đặc biệt. Phương pháp này loại bỏ mọi nhu cầu sửa đổi phần cứng máy chủ. Thay vào đó, các bộ trao đổi nhiệt từ không khí sang nước được gắn ở phía sau giá máy chủ sẽ thu nhiệt từ ống xả của máy chủ nóng và đổ vào chất làm mát lỏng. Do đó, không khí thải được làm lạnh và quay trở lại phòng, trong khi chất làm mát mang nhiệt thải đi. Các tháp giải nhiệt trên mái nhà, giống như các tháp giải nhiệt ở trên cùng của bài viết này, sau đó có thể được sử dụng để tách nhiệt từ chất làm mát trước khi nó quay trở lại. Nó không hiệu quả bằng việc thu nhiệt trực tiếp từ waterblock trên chip, nhưng tuyên bố rằng các hệ thống như vậy có thể giải nén lên đến 45 kW nhiệt trên mỗi giá.
Ngoài việc sử dụng phần cứng chưa qua sửa đổi, hệ thống còn giảm thiểu đáng kể nguy cơ rò rỉ. Bất kỳ rò rỉ nào xảy ra sẽ ở phía sau giá đỡ máy chủ, thay vì trực tiếp trên bảng mạch của máy chủ. Ngoài ra, các hệ thống thường chạy ở áp suất âm để không khí được hút vào từ bất kỳ lỗ nào hoặc ống bị hỏng, thay vì chất lỏng được phép rò rỉ ra ngoài.
”Data-medium-file =” https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/natick800.webp?w=400 ″ data-large-file = ”https://hackaday.com/wp -content / uploads / 2022/06 / natick800.webp? w = 800 ″ loading = ”lazy” class = ”size-medium wp-image-539615 ″ src =” https://hackaday.com/wp-content/uploads /2022/06/natick800.webp?w=400 ″ alt width = ”400 ″ height =” 225 ″ srcset = ”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/natick800.webp 800w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/natick800.webp?resize=250,141 250w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/natick800.webp?resize = 400,225 400w ”kích thước =” (max-width: 400px) 100vw, 400px ”>
Nhiều phương pháp cực đoan cũng tồn tại. Microsoft đã tạo ra làn sóng bởi chạy một trung tâm dữ liệu chìm hoàn toàn ngoài khơi bờ biển Scotland trở lại vào năm 2018. Với một cụm máy chủ thông thường được lắp đặt trong một ống kín nước, nhiệt được loại bỏ đối với các vùng nước xung quanh và giữ cho nhiệt độ rất ổn định. Dự án đã thực hiện trong hai năm và phát hiện ra rằng bầu không khí kín và nhiệt độ thấp có thể là nguyên nhân làm tăng độ tin cậy lên gấp tám lần. Dự án Natick, như đã biết, cũng hứa hẹn những lợi ích khác, chẳng hạn như giảm chi phí đất đai từ việc đặt phần cứng ở nước ngoài.
Mặc dù vậy, Microsoft không hề nghỉ ngơi trên những vòng nguyệt quế của mình và đã nghiên cứu những khái niệm thậm chí còn hoang dã hơn vào cuối năm nay. Công ty đã phát triển một bể làm mát ngâm hai pha để sử dụng trung tâm dữ liệu. Trong thiết kế này, các máy chủ thông thường được ngâm trong chất lỏng độc quyền do 3M phát triển, chất lỏng này sôi ở nhiệt độ thấp chỉ 50 C (122 F). Khi phần cứng máy chủ nóng lên, chất lỏng sẽ nóng lên. Nó hút một lượng lớn năng lượng gọi là nhiệt tiềm ẩn của quá trình hóa hơi, cần thiết để chất lỏng sôi. Sau đó, chất làm mát dạng khí đi đến bình ngưng trên nắp thùng, chuyển trở lại dạng lỏng và chảy ngược trở lại các máy chủ bên dưới.
” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?w=400″ data-large-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?w=800″ loading=”lazy” class=”wp-image-539614 size-large” src=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?w=800″ alt width=”800″ height=”450″ srcset=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg 1920w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?resize=250,141 250w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?resize=400,225 400w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?resize=800,450 800w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/06/datacenter-liquid-cooling-server-blade-immersion_1920x1080.jpg?resize=1536,864 1536w” sizes=”(max-width: 800px) 100vw, 800px”>
Phương pháp ngâm giúp truyền nhiệt tuyệt vời giữa phần cứng máy chủ và chất làm mát. Như một phần thưởng, nó không chỉ làm mát một phần nhỏ của CPU thông qua một bộ tản nhiệt. Thay vào đó, toàn bộ máy chủ có thể tự do đổ nhiệt vào chất lỏng. Hy vọng rằng điều này sẽ cho phép tăng mật độ phần cứng trong trung tâm dữ liệu, cũng như tăng hiệu suất, vì khả năng làm mát cao của phương pháp ngâm cho phép loại bỏ nhiệt tốt hơn trong một không gian nhỏ hơn nhiều.
Tất nhiên, đó là một giải pháp phức tạp và cao cấp sẽ mất một thời gian trước khi nó sẵn sàng cho dòng phổ thông. Các nhà khai thác trung tâm dữ liệu chỉ đơn giản là không sử dụng để nhúng phần cứng của họ trong chất lỏng, cũng như không quen chạy chúng trong các thùng kín để cho phép một hệ thống như vậy hoạt động. Có khả năng cũng sẽ có một số vấn đề về bảo trì, trong đó các bể ngâm sẽ phải được tắt trước khi mở chúng để phục vụ vật lý cho phần cứng bên trong.
Khi nhân loại tiếp tục khao khát nhiều sức mạnh tính toán hơn và chúng tôi cố gắng cắt giảm việc sử dụng năng lượng và phát thải, mong đợi những phát triển hơn nữa trong không gian này. Bản thân sự cạnh tranh tuyệt đối cũng là một động lực lớn. Bất kỳ công ty nào có thể cắt giảm chi phí vận hành, sử dụng đất và tìm kiếm hiệu suất cao hơn sẽ có lợi thế hơn các đối thủ của mình trên thị trường. Mong đợi các hệ thống làm mát bằng nước sẽ trở nên phổ biến hơn theo thời gian và một số ý tưởng đơn giản hơn để tìm mua nếu những lợi ích chính của chúng xứng đáng với tất cả những rắc rối. Đó là một thời gian thú vị để làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật trung tâm dữ liệu, điều đó chắc chắn là như vậy.
