Voordelen van Cold Plate-vloeistofkoeltechnologie in de ICT-industrie

Momenteel bestaan ​​de vloeistofkoeltechnologieën die in computercentrales worden gebruikt voornamelijk uit koudeplaat-vloeistofkoeling, sproeivloeistofkoeling en immersie-vloeistofkoeling.

 

Bij sproeivloeistofkoeling wordt het koelmiddel in de vorm van een spray op de warmtebron van de server afgegeven, waardoor warmte wordt afgevoerd door verdamping en absorptie van warmte.

 

Immersion liquid cooling houdt in dat de hele server of servercomponenten volledig worden ondergedompeld in een koelmiddel, waarbij warmte wordt afgevoerd via direct contact. Vergeleken met cold plate liquid cooling kunnen spray- en immersion liquid cooling-technologieën een hogere koelefficiëntie bereiken in gevallen van extreem hoge vermogensdichtheid.

 

Echter, spray- en immersievloeistofkoelingstechnologieën zijn relatief complex om te implementeren en onderhouden, met meer veiligheids- en milieuoverwegingen, en vereisen meer investering. Vergeleken met direct contact vloeistofkoelingstechnologieën biedt koude plaat vloeistofkoeling de volgende voordelen:

 

 

I Hoge dichtheid: implementatie van knooppunten met hoge dichtheid kan de computercapaciteit per rack effectief verbeteren

 

Met de snelle ontwikkeling van technologieën zoals kunstmatige intelligentie, big data-analyse, virtualisatie en high-performance computing, vragen rekenkrachtcentra steeds meer om rekenkracht. De beperkte draagkracht van rekenkrachtcentra, beperkt door de ruimte in gebouwen en milieuvoorschriften, is echter een belangrijke uitdaging geworden. Het verhogen van de vermogensdichtheid per rack is een cruciale methode geworden om dit probleem op te lossen.

 

▲ rekenkrachtcentra

 

In 2022 overschreed het stroomverbruik van Intel's vierde generatie serverprocessors 350 W per CPU, en NVIDIA's GPU's overschreden 700 W per eenheid, waarbij AI-clustercomputerdichtheden doorgaans 50 kW per rack bereikten. Momenteel ondersteunt de vermogensdichtheid per rack in natuurlijk luchtgekoelde computerkrachtcentra doorgaans slechts 8-10 kW. Alleen vertrouwen op traditionele luchtkoelingstechnologie kan niet langer voldoen aan de koelbehoeften van high-density computing nodes. Daarom is het bijzonder belangrijk geworden om nieuwe koeltechnologieën te implementeren om de implementatiedichtheid van nodes te verhogen en de computercapaciteit per rack te verbeteren.

 

Het koudeplaatvloeistofkoelsysteem is een effectieve koeltechnologie om de vermogensdichtheid van racks te verhogen.

 

• Efficiënte koelprestaties: Bij de technologie voor koudeplaatvloeistofkoeling worden vloeistofkoelplaten nauw geïntegreerd met serverknooppunten. Hierdoor wordt warmte direct afgevoerd en wordt efficiënte koeling bereikt, wat een hogere vermogensdichtheid mogelijk maakt.
• Kleinere voetafdruk: Naast efficiënte koelprestaties heeft de technologie voor koude plaatvloeistofkoeling ook een kleinere voetafdruk. De nauwe integratie van vloeistofkoelplaten met serverknooppunten bespaart ruimte, waardoor rekenkrachtcentra meer knooppunten in een beperkte ruimte kunnen implementeren, wat de dichtheid van de rekencapaciteit verder verbetert.

 

 

II Hoge efficiëntie: vloeistofkoeling aan de warmtebronzijde verbetert de serverkoelingsefficiëntie aanzienlijk

 

Vanwege de thermische overdrachtseigenschappen van lucht is de koelefficiëntie van luchtkoeltechnologie beperkt. De lage thermische geleidbaarheid van lucht en de gevoeligheid voor schommelingen in de omgevingstemperatuur hebben een aanzienlijke impact op de koelprestaties van luchtkoelsystemen in omgevingen met hoge temperaturen. Bovendien wordt het koelvermogen van luchtkoelsystemen ook beperkt door de luchtstroomsnelheid en luchtcirculatieomstandigheden. Daarentegen blinkt vloeistofkoeltechnologie, met zijn hogere thermische overdrachtsefficiëntie en stabielere koelprestaties, uit in omgevingen met een hoge vermogensdichtheid en hoge temperaturen. Daarom stappen meer rekenkrachtcentra over op vloeistofkoeltechnologie om te voldoen aan de groeiende vraag naar rekenkracht.

 

▲ Vloeistofkoelingstechnologie met koude platen

 

Koude plaat vloeistofkoelingstechnologie vervangt lucht door een koelmiddel als warmteoverdrachtsmedium, waarbij het koelmiddel direct naar de warmtegenererende chipmodules wordt geleid. Door indirecte contactwarmteoverdracht wordt de warmte die door de chips wordt gegenereerd, afgevoerd, waardoor de temperatuur van de chipmodules wordt verlaagd en zowel hun koelefficiëntie als computerprestaties worden verbeterd.

 

• De specifieke warmtecapaciteit van vloeistoffen is veel hoger dan die van gassen, wat betekent dat de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd/afgegeven per eenheid temperatuurverandering veel groter is dan die van lucht, wat leidt tot een aanzienlijke verbetering van de koelefficiëntie. De warmteoverdrachtsefficiëntie van water per volume-eenheid is bijvoorbeeld 3500 keer groter dan die van lucht, wat effectief de koeluitdagingen aanpakt die worden veroorzaakt door servers met een steeds hogere dichtheid.
• Bovendien wordt door het vervangen van luchtkoeling door vloeistofkoeling de behoefte aan ventilatoren geëlimineerd, waardoor het energieverbruik van het gehele koelsysteem wordt verminderd. In één typische node, waarbij 80% van de CPU en het geheugen wordt bedekt door koude platen, kan de PUE voor koeling worden verlaagd tot 1,15 of lager. Daarom biedt vloeistofkoeling, vergeleken met luchtkoeling, een hogere koelcapaciteit voor afzonderlijke chips.

 

 

III Hoge betrouwbaarheid: Wetenschappelijk ontworpen scenario's zorgen voor een betrouwbare en stabiele werking van het systeem

 

Het koelmiddel in het vloeistofkoelsysteem is een van de belangrijkste factoren die de normale werking ervan in stand houden. Professioneel lekpreventieontwerp en operationeel beheer zijn cruciaal voor de stabiliteit van koude plaat vloeistofkoelsystemen. Na jaren van ontwikkeling en verbetering is de betrouwbaarheid van koude plaat vloeistofkoeltechnologie goed gewaarborgd, met veiligheidsmaatregelen zoals lekpreventieontwerp, volledige lekbewaking en foutbeheer die multi-angle en uitgebreide foutrisicopreventie bieden, waardoor wordt verzekerd dat de systeemapparatuur in een veilige en stabiele omgeving werkt, waardoor zowel de omgeving als de veiligheid van het personeel worden beschermd.

 

▲ vloeistofkoelsysteem

 

Het vloeistofkoelsysteem met koude platen maakt gebruik van een lekpreventiesysteem met drie niveaus, waardoor er geen lekkages optreden op knooppunt-, kast- en kamerniveau.

 

• De basis van het knooppunt is volledig afgedicht, waardoor eventuele lekken direct kunnen worden afgevoerd en afgetapt, zodat ze geen invloed hebben op andere knooppunten.
• De kast is uitgerust met snelkoppelings-leksproeisystemen en elektromagnetische kleppen voor automatische regeling van de koelvloeistof.
• De ruimte maakt gebruik van een ontwerp met dubbele lussen, waardoor een enkel lek in een kast wordt geïsoleerd en de normale werking van andere kasten niet wordt verstoord.

 

Het koude plaat vloeistofkoelsysteem kan volledige lekkagebewaking bereiken. Volledige kasten zijn uitgerust met drie-niveau lekdetectiemogelijkheden, die nauwkeurige lekkagewaarschuwingen bieden.

 

• Knooppunten maken gebruik van in water ondergedompelde touwhulzen om lekken te detecteren en deze te melden aan de BMC (Board Management Controller) voor monitoring en waarschuwing.
• Kastverdelers zijn uitgerust met foto-elektrische leksensoren bij zowel de waterinlaat als -uitlaat, waarbij RMU-bewakingswaarschuwingen (Ring Main Unit) worden gerapporteerd aan het netwerkbeheerplatform.
• De lucht-vloeistofwarmtewisselaar (vloeistofkoeldeur) bewaakt het waterpeil met vlottersensoren en meldingen worden via RMU aan het netwerkbeheerplatform gerapporteerd.

 

 

IV Laag energieverbruik: innovatieve energiebesparende technologieën sturen groene en koolstofarme ontwikkeling in computerkrachtcentra

 

Als grote energieverbruikers leveren rekenkrachtcentra slechts een klein deel van hun stroom aan IT-belastingen, waarbij het grootste deel van het energieverbruik afkomstig is van het koelsysteem. Door ventilatoren en airconditioning te vervangen door koudeplaatvloeistofkoeltechnologie, die geen continu elektriciteitsverbruik vereist, kan het totale energieverbruik van het rekenkrachtcentrum aanzienlijk worden verminderd, waardoor de PUE-waarde aanzienlijk wordt verlaagd. Koudeplaatvloeistofkoeltechnologie vermindert, door een reeks energiebesparende technologieën zoals koudeverdeling, nauwkeurige temperatuurregeling, warmwaterkoeling en afvalwarmteterugwinning, het stroomverbruik van rekenkrachtcentra aanzienlijk, waardoor efficiënt energiegebruik wordt bereikt.

 

▲ krachtcentra

 

Dankzij de technologie voor vloeistofkoeling met koude platen wordt koelmiddel met een lage temperatuur rechtstreeks via de koudeverdeelunit naar warmtegenererende componenten gevoerd. Hierdoor wordt de door de servers gegenereerde warmte snel en efficiënt geabsorbeerd. Hierdoor wordt het warmteoverdrachtspad effectief verkort en de koelingsefficiëntie van het systeem verbeterd.

 

• Vergeleken met traditionele luchtkoelsystemen verminderen koudeplaatvloeistofkoelsystemen de behoefte aan wijdverspreide luchtkoeling, waardoor nauwkeurige temperatuurregeling mogelijk is en het energieverbruik voor koeling van computercentrales aanzienlijk wordt verlaagd.
• Bovendien maakt koude plaat vloeistofkoeling gebruik van warmwaterkoeling, met uitlaatwatertemperaturen die 55-60 graden bereiken, wat het hele jaar door natuurlijke koeling mogelijk maakt. Bovendien, met retourwatertemperaturen boven 55 graden, zorgt de hoge thermische kwaliteit voor het terugwinnen van restwarmte voor hergebruik. Warmwater vloeistofkoeling vermindert de warmteafvoerbelasting van het koelsysteem en restwarmteterugwinning verlaagt het totale energieverbruik. Samen kunnen ze het energieverbruik van computercentra aanzienlijk verminderen. Naast het verminderde energieverbruik van het koelsysteem zelf, helpt koude plaat vloeistofkoeling de chiptemperaturen verder te verlagen, wat leidt tot een hogere betrouwbaarheid en een lager energieverbruik. Het totale energieverbruik van het systeem zal naar verwachting met ongeveer 5% afnemen.

 

 

V Eenvoudig onderhoud: Geïntegreerde serverkasten maken geautomatiseerd en intelligent vereenvoudigd onderhoud mogelijk

 

Met de ontwikkeling van technologie en de toenemende vraag breiden computing power centers zich uit in omvang en worden hun applicatie- en systeemomgevingen complexer, waardoor er meer mankracht en technische ondersteuning nodig is om stabiliteit en veiligheid te garanderen. Geïntegreerde cold plate vloeistofkoelkasten worden op de markt breed erkend vanwege hun voordelen in snelle implementatie en handig onderhoud.

 

▲ Geïntegreerde koelplaat vloeistofkoelkast

 

Met vloeistofgekoelde serverkasten wordt geautomatiseerd onderhoud gerealiseerd zonder kabels dankzij een blinde-invoegingsontwerp met drie bussen voor het vloeistofkoelwatercircuit, de stroomvoorziening en het wisselnetwerk. Hierdoor wordt het onderhoudsproces aanzienlijk vereenvoudigd en de kans op storingen verkleind.

 

• Nadat vloeistofgekoelde serverkasten op de productielijn zijn geïnstalleerd, getest en gedebugged, kunnen ze direct naar het datacenter van de klant worden geleverd. Hierdoor is er geen installatie op locatie nodig en wordt de leveringscyclus teruggebracht tot enkele dagen.
• Pijpleidingen aan de secundaire zijde maken gebruik van een modulair ontwerp, waarbij de componenten in de fabriek worden geprefabriceerd. Hierdoor is er geen noodzaak meer voor lassen en spoelen op locatie, wat de efficiëntie met 50% verhoogt en de implementatie en activering aanzienlijk versnelt.
• Bovendien zijn vloeistofgekoelde serverkasten voorzien van robotonderhoud, automatische identificatie van de U-positie van de server, integratie van netwerkbeheer van derden en intelligent beheer, waardoor onderhoudsprocessen worden vereenvoudigd en de onderhoudsefficiëntie wordt verbeterd.

 

Door een geïntegreerd ontwerp maken vloeistofgekoelde serverkasten het zero-cable geautomatiseerde onderhoud, efficiënte componentvervanging, snelle kastlevering, efficiënt pijplijnontwerp en intelligente onderhoudsmogelijkheden onderhoud gemakkelijker, implementatie sneller en operaties efficiënter, terwijl onderhoudskosten en arbeidsinput worden verlaagd. Deze voordelen maken vloeistofgekoelde serverkasten de ideale keuze voor betrouwbare werking en toekomstige ontwikkeling van computing power centers.

 

 

VI Easy Retrofit: flexibele operationele voordelen ondersteunen de upgrade en transformatie van verouderde datacenters

 

Gezien de strengere eisen en beleidslijnen voor energieverbruik, worden traditionele rekencentra geconfronteerd met aanzienlijke uitdagingen. Om te voldoen aan de eisen voor energiebesparing en milieubescherming, moeten exploitanten van rekencentra effectieve maatregelen nemen. Onder deze maatregelen is air-to-liquid retrofitting, met zijn aanzienlijke economische efficiëntie, hoge energiebenutting en uitstekende prestaties, een haalbaar pad geworden voor exploitanten van rekencentra om zich aan te passen aan de huidige eisen voor energieverbruik en milieu-uitdagingen.

 

▲ vloeistofkoeltechnologie

 

Door de koelmethoden van sommige of alle servers over te zetten van traditionele luchtkoelingstechnologie naar efficiënte vloeistofkoelingstechnologie, kunnen computing power centers het energieverbruik aanzienlijk verbeteren, PUE-waarden verlagen en daarmee het totale energieverbruik verlagen. Deze stap helpt niet alleen om te voldoen aan de vereisten voor energieverbruik, maar verbetert ook de efficiëntie van serverkoeling, verhoogt de computingcapaciteit en vermindert problemen met betrekking tot ventilatorgeluid en luchtcirculatie, waardoor de stabiliteit en betrouwbaarheid van servers worden verbeterd.

 

• Ten eerste biedt koude plaat vloeistofkoeltechnologie een betere materiaalcompatibiliteit met warmtegenererende componenten. In een koude plaat vloeistofkoelsysteem stroomt het koelmiddel alleen door de pijpleidingen van de koude plaat en komt het niet rechtstreeks in contact met het moederbord van de server en warmtegenererende componenten. Daarom is er geen speciaal materiaalontwerp nodig voor het moederbord en de warmtegenererende componenten. Bij het selecteren van het koelmiddel hoeft men alleen rekening te houden met de compatibiliteit ervan met de circulatiepijpleiding en de koude plaat. Dit maakt koude plaat vloeistofkoeltechnologie flexibeler en geschikter voor verschillende serverapparatuur zonder dat er uitgebreide hardwareaanpassingen nodig zijn.
• Ten tweede is de cold plate vloeistofkoeltechnologie eenvoudig te retrofitten. Deze technologie verandert de originele vorm van het servermoederbord niet, maar modificeert deze terwijl het bestaande moederbord behouden blijft. Deze modificatiemethode zorgt niet alleen voor eenvoudige demontage en handige installatie, maar biedt ook een betere haalbaarheid in termen van technologie, industrie en grootschalige productie. Omdat het geen grote veranderingen of vervangingen van het moederbord vereist, zijn de installatie en het onderhoud van cold plate vloeistofkoeltechnologie eenvoudiger en handiger, terwijl het ook de moeilijkheid van het opschalen van de productie in technologie en industrie vermindert. Daarentegen vereist immersie vloeistofkoeltechnologie doorgaans het ontwerp van gespecialiseerde vloeistofgekoelde moederborden om de volledig ondergedompelde kenmerken te accommoderen, wat ongetwijfeld zowel de technische als de productiekosten verhoogt.

 

Dankzij deze voordelen is de technologie voor koudeplaatvloeistofkoeling handiger en kosteneffectiever in praktische toepassingen. Hierdoor is het de voorkeurstechnologie voor het upgraden en aanpassen van oude lucht-naar-vloeistofkoelsystemen in computercentra.