האתגר החריף במערכות הכוח של העצימות

יחידות אספקת חשמל גבוהה (PSUs) הפכו הכרחיים במרכזי נתונים, אשכולות מחשוב ביצועים גבוהים (HPC), חוות כריית מטבע מבוזר, ואפילו מערכות משחקים נלהבות של MOS סיליקון כוח להמשיך לטפס ותקני יעילות להדק, החום שנוצר על ידי ריבוי מים ספציפיים של היום אפילו צמיגים נוזליים בלחץ גבוה יותר, אם כי יש להסיר ביעילות גבוהה יותר של קירור אוויר תרמי.

דרושים פתרונות קירור מתקדמים

למה אוויר מגניב פולס קצר

קירור אווירי ארכיוני מבוסס על הדבקה כפויה: מעריצים דוחפים אוויר על פני תנורי חום מאוזנים המחוברים לרכיבים החמים של PSU. ברמות כוח מעבר 2 קילוואט, נפח זרימת האוויר הנדרש הופך כל כך גדול כי מאגרי fin חייבים להגדיל באופן דרמטי, אשר מעלה רעש אקוסטי (לעיתים מעל 60 dBA בחדרים שרת) ודורשים יותר מענגיפים, אוויר נמוך (0 ק"מ) חום שלילי (k) וקיבולת חום גבוהה יותר) 0.

הכחשה ויציבות הדרת

גבוה כוח PSU במרכזי נתונים לעתים קרובות לפעול בעומס חלקי כדי לענות לדרישות אדמוניות (למשל, N+1) כאשר האוויר-קולק, יחידות אלה מחריבות את התפוקה המקסימלית שלהם כטמפרטורה מחלחלת עולה מעל 40 מעלות צלזיוס - מציאות נפוצה בשרתים (למשל, תפוקה מלאה של 10 מעלות צלזיוס) ללא קשר לעליה במרווח, את האמינות הטמפרטורות אלקטרוליטיות בדרך כלל, מחלימים, ו- 50 קליברליות, שמירה על יעילות מלאה.

רעש ואלכוהוליות Constraints

במתקנים שבהם דיקור אנושי הוא דאגה – כגון מעבדות מחקר או אולפני אודיו מתקדמים – לעתים קרובות יישבו רעש מעריצים ב-45 dBA Air קירור 4 קילוואט PSU מספיק שקט כדי לענות על הגבלת זה הוא מאתגר מאוד ללא מערכות חימום מסיביות ויקרות.

חידושים אחרונים ב-Clocking for PSUs

Immersion Cooling Technologies

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(הופנה מהדף CSU) יחיד של קירור מסובב את כל PSU בנוזל דיאלקטרי שנשאר במדינה נוזלית לאורך כל המבצע.חידושים אחרונים כוללים:0-ביצועים גבוהים המיוצרים על ידי נוזל 1 מבוסס על esters, hydrocarbons, או פלואו פחמן עם טמפרטורות נמוכות יותר של 0.2 / mK וחוזקות גבוהות (abo 40V) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר, לעומת מינרלים (F2) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר, לעומת טמפרטורות גבוהות יותר, לעומת התחממות גבוהה יותר מאשר מינרלים (מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) לעומת טמפרטורות נמוכות יותר) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר) לעומת מינרלים (מ- 200) לעומת מינרלים) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר מינרלים) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר (חמצן בינוניות גבוהות יותר (מ-F2F2F2Fv2Fv) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר) לעומת טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר

2 שלב של התחממות

שני phase ⁇ לוקח קירור צעד נוסף על ידי שימוש נוזל דיאלקטרי כי רותח בטמפרטורה התפעולית של PSU. כמו נוזל vaporizing, הוא סופג כמויות גדולות של חום מאוחר (בדרך כלל 100-200 kJ / ק"ג), ולאחר מכן condenes על נוזל חד פעמי (Ricre) מוגבל על גבי נוזל יחיד מחוספס מעל האמבטיה.

סגור-Loop ו-Direct-to-Chip נוזל קירור

במקום למקם את כל היחידה, מערכות סגורות מצמידות צלחות קרות ישירות למרכיבים החמים ביותר - באופן חד צדדי, מעבורת המדגם הראשי, רכיבים מגנטיים.

  • (ב) קיבולת קרת ריבוע (FLT) 1 עם רוחב ערוצים קטן כמו 200 מיקרומטר, אשר מגדיל את היחס בין פני השטח לנפח ולשפר את קידוד חום משותף של העברת חום.
  • (FLT:0) משאבות פטרייתיות diaphragm משאבות irphLT:1 עם מנועים ממונעים אלקטרונית המספקים שיעורי זרימה מדויקים (0.5-5 L /min) תוך פחות מ 2 W של כוח. משאבות אלה ניתן לשלב בתוך ה- PSU, המאפשר לולאות קירור עצמי המכילות עצמי המכילות עצמי הדורשות רק רדיור חיצוני או חיבור מים מצמרר.
  • (FLT:0 , 000 בקרים וחיישנים טמפרטורה 1FLT:1) אשר משתמשים אלגוריתמים PID כדי לשנות מהירות המשאבה ועמדות שסתום מעקפים בזמן אמת.כאשר PSU הוא idling, הבקר מקטין את זרימת הדם לכמעט אפס, לחסוך אנרגיה ולהרחיב את החיים של משאבה.

עיצובים היברידיים המשלבים קידוד של הצד העיקרי עם קירור אוויר של קיבולים משניים מופיעים גם, איזון עלות וביצועים.

יתרונות של קירור נוזלי מודרני עבור PSUs

ביצועים משופרים תחת עומסי שיא

נוזלי-קולק PSUs לשמור על תפוקת מתח ודיכוי קרוע אפילו במהלך 100% הדופקים העומס. כי הנוזל מחזיק מאגר תרמי גדול, טיולי טמפרטורה transient הם לחות - MOSFET להישאר בתוך אזור הניתוח הבטוח שלהם (SOA) ברציפות. בניגוד, יחידות אוויר-אוויר-קווריד לעתים קרובות כוח אחורי (למשל, מ 3 קילוואט עד 2.5) לאחר כמה דקות של עומס אוויר עצמאי יכול להיות מוגבל 4 קילוואט.

הגדלת אמינות ותוחלת החיים המורחבת

הנהג הגדול ביותר של כשל PSU הוא רכיבה תרמיים.כל תנודה של 10-20 מעלות צלזיוס מאיצה עייפות משותפת של כורעת קיבולטור יבשה-out.נוזל שומר על טמפרטורות פנימיות יציבות בתוך ±2 ° C של נקודת המוצא, גם במהלך שינויים חד-משמעיים או לשפוך על נתונים בקנה מידה גדול של נתונים מוטבע (כגון אלה המופעלים על ידי LTF:0ird) לעומת 10 שנים של ירידה של 10-41-R.

אנרגיה ועלויות הכוללות של בעלות

בעוד הלולאה נוזל קירור עצמו צורכת כוח (pumps, מצמררים), יעילות האנרגיה של המתקן הכוללת משתפרת ממספר סיבות:

  • תשתיות קירור מרכז הנתונים (יחידותCRAC, אוהדים) יכולות להיות נמוכות מכיוון שחום הפסולת של PSU נלכד ישירות למקור ונשלח ללולאה נוזלית גבוהה יותר.
  • משאבות הן הרבה יותר יעילות מאשר אוהדים עבור אותו הסרת חום: משאבת 10 W יכולה לנוע כמו אנרגיה תרמית כמו 50-100 W של כוח המעריצים.
  • פסולת חום ניתן לשחזר עבור בניית חימום או מים חמים, הגדלת PUE (יעילות השימוש) ערכים מתחת ל- 1.2 בפריסה רבות.עבור כל 1 קילוואט של אובדן PSU, קירור נוזלי מאפשר עד 0.8 קילוואט של התאוששות חום.

עלות מלאה של בעלות (TCO) מעל אופק של 10 שנים בדרך כלל מעדיפה קירור נוזלי עבור מתקנים מעל 10 קילוואט של יכולת PSU, בהתחשב בחיסכון על חשמל, תחזוקה וחומרה חלופית.

עיצוב קומפקטי והכחשה גבוהה יותר

על ידי חיסול משככי חום גדולים ומעריצים במהירות גבוהה, קירור נוזלי מאפשר PSUs לכווץ בנפח על ידי 30-50% תוך הגדלת תפוקת החשמל.זה בעל ערך במיוחד בשרתי להב, מערכות מודולריות, ומטענים לרכב חשמלי, שבו כל חומר מעוקב אחר אינץ '. A נוזל-cooled 4.8 קילוואט PSU מיצרן מוביל (FLT:0Artesyn Embedded Embedded) תופס את אותה ביעילות נפח אוויר 1.comds.

אתגרים ו Mitigations

סיכון ללקות והתאמה לשפעת

המחסום העיקרי לאימוץ קירור נוזלי נרחב הוא הסיכון הנתפס של דליפות קירור מזיקות אלקטרוניקה.מערכות מודרניות מטפלות בזה עם שכבות מרובות של הגנה: צינורות כפולים, חיישנים למניעת דליפה, והפסקת משאבה לא בטוחה מראש מדורגים.נוזלים דיאלקטריים נבחרים להיות לא מוליכים ולא קורוזיים; הם לא יגרמו מעגלים קצרים אפילו אם הם על גבי בריכות, עדיין יכולים להבטיח התנגשויות של חומר פתורים מסוימים (תיקים) עם חומרים סטנדרטיים).

תחזוקה מורכבות

מערכות Closed-loop דורשות בדיקות ברמה קרירה והחלפה מזדמנים (כל 3-5 שנים) כדי לשמור על תוספי אנטי-corrosion. Immersion טנקים צריכים סינון כדי להסיר זיהום חלקי, ואת נוזל dielectric עשוי לרדת לאורך זמן בשל חמצון.עם זאת, לולאות מתקדמות עם מסנן ונשמות להפחית תחזוקה שנתית של ספקים או צינורות אוויריים, אשר מסורקים מתקדמים יותר, אשר מקבצי אוויריים, אשר מקבצי אוויריים, אשר מסורקים מתקדמים יותר.

אתגרים ראשונים ו-Refit

הפרמיה העליונה של מרכזי נתונים נוזליים קירור-ready PSUs היא בדרך כלל 20-40% גבוה יותר מאשר המקבילות האוויר-קולקה. עבור מרכזי נתונים ירוקים שדה, פרמיה זו היא מוקרן על ידי חיסכון בתשתיות קירור, רצפות מוגדלות, וחיפוש חשמלי.Refiting קיים rack-led PSUs הוא יותר קשה כי המתחם עשוי חסר חיבורים ונקודות גוברות עבור פתרונות קרים כגון קירור חיצוני כדי להחליף את הדלת האחורית ללא קירור.

כיוונים עתידיים

המונחים: Dielectric Fluids

חוקרים מפתחים באופן פעיל את ה-NanofluidsFreaLT:1 ; נוזלים חשמליים מבולבלים עם חלקיקים כגון גרפן או אלומיניום - אשר יכול להגביר את מוליכות תרמית ב-20-50% ללא השפעה על בידוד חשמלי. מוקדם אבטיפוסים מוקדמים מן ה-FLT:2U.S מחלקת טכנולוגיות רכב סינתטיות של אנרגיה 3LTFal, להראות הבטחה עבור כוח מצופה, 000, 000, 000, 000, 000 איטי, 000, 000, 000, 000.

AI-Optimized ניהול

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לחזות תבניות עומס (למשל, עיבוד אצווה יומי במחסן, מחזורי כריית GPU) ושיעורי זרימה קרירים מראש, מהירות המשאבה, ועקוםי מעריצים condenser למזער צריכת אנרגיה תוך שמירה על טמפרטורות בתוך גבולות בטוחים.פריסות מוקדמות במרכזי נתונים בקנה מידה רחב הראו 15-20% תוספת חיסכון אנרגיה מעבר לשליטה מבוססת PID.

סטנדרט ואימוץ התעשייה

ארגונים כגון:0. [UCP] Open Compute Project (OCPig)FLT:1 הם עכשיו להגדיר ממשקים סטנדרטיים עבור PSUs נוזלי-קולק, כולל קישורים מהירים, טביעות רגל קרות נפוצות, ופרוטוקולים תקשורת עבור משאבה / שליטה על בסיס ריצוף.תקנים אלה יפחיתו את עלויות האינטגרציה ויעודדו יותר יצרנים להציע אפשרויות נוזליות כמו Microsoft ו-Google תמשיך לנפח של 5 שנים קירור.

2 גרם הזריקה ישירה

מושג מתפתח כרוך הזרקת חומר דו-phase ישירות לתוך נתיב זרימת האוויר של PSU בצורת לא נכון. טיפות מתאדה כמו הם ליצור משטחים חמים, אז ה vapor הוא condensed ו reirculated. גישה זו משלבת את הפשטות של לולאה נוזלי עם טביעת הרגל המינימלית של קירור, וטיפוס מוקדם של דוח Fraunhofer חום מועברת מעל 10,000 / קומפקטי גבוה יותר מ דחוס.

מסקנה

קירור נוזלי עבר מפתרון נישה למחשבים על שיטה מעשית, יעילה יותר לניהול הפלט התרמית של כוח גבוה PSU במרכזי נתונים, ציוד תעשייתי וסביבת מחשוב גבוהה.התקדמות בנוזלים סיבולת, לוחות קר מיקרו ערוצים, צפיפות חכמה, והתאמה חומרים לטיפול בטכניקות ניהול בר קיימא של יעילות גבוהה לאימוץ.