Table of Contents
אתגר החום בשרתים בעלי רגישות גבוהה
מרכזי נתונים מודרניים אורזים יותר כוח מחשוב בכל שרתי rack. High-density - אלה מעל 20 קילוואט לצריף - מציעים ביצועים יוצאי דופן עבור AI, HPC, ועומסי עבודה וירטואליים, אבל הם גם מייצרים עומסים תרמיים אינטנסיביים.ללא קירור יעיל, נקודות חמות להפחית את תוחלת החיים של חומרה, לגרום לביצועים ראשוניים, ולהגדיל את חשבונות האנרגיה.
קירור פסיבי מסתמך על שלושה מנגנוני העברת חום בסיסיים: התנהגות, הדבקה וקרינה.כאשר מיושמת בחשיבה, שיטות אלה יכולות להתמודד עם חלק משמעותי של העומס התרמית, צמצום הנטל על מערכות פעילות ומאפשר צפיפות גבוהה יותר ללא עלייה משמעותית באנרגיה. מאמר זה חוקר את אסטרטגיות קירור פסיבית הליבה, שיקולי התכנון שלהם, הטבות, וביצוע מעשי עבור סביבת אחריות גבוהה.
הבנה של פאסיבי קוליינג לעומת Active Cooling
לפני צלילה לטכניקות ספציפיות, חשוב להבחין פסיבית מקירור פעיל.לקירור פעיל משתמש בהתקנים מופעלים - אוהדים, משאבות, דחוסים - כדי לכפות תנועה חום.עבור קירור, לעומת זאת, מסתמכים על ⁇ טמפרטורה טבעית, כבידה ונכסים חומריים.
- זיהום טבעי: אוויר חם עולה, שוקור אוויר קריר, יצירת זרימת אוויר ללא אוהדים.
- התנהגות: חום עובר דרך חומרים מוצקים (טבעת חום, חומרי ממשק תרמיים).
- קרינה: חום מתפוגג באמצעות פליטת אינפרא אדום מפני פני השטח.
- שינוי שלב: חומרים כמו שעווה או לחות מלח סופגים ושחרר חום במהלך התכה / solidification.
טכניקות פאסיביות אינן בינאריות - הן פועלות עם מערכות פעילות.מרכז נתונים מעוצב היטב משתמש באסטרטגיות פסיביות כדי למזער את השימוש באנרגיה פעילה, לעתים קרובות להשיג ערכי PUE מתחת ל-1.2.עבור שרתים בעלי יכולת גבוהה, המטרה היא למקסם את הסרת החום הפסיבי לפני הפעלת קירור מכני.
אסטרטגיות קירור חיוניות עבור שרתים בעלי רגישות גבוהה
Aisle / Cold Aisle Containment
Aisle / Cold aisle (HACA) מכיל אסטרטגיה פסיבית הבסיסית. Server racks מסודרים בקווים ממושכים - פרצופים הקדמיים (צריכה קרה) לעבר אחד, ממצה אחורית לעבר המיסה הפוכה.מחסומי פיזיקל (דלתות, וילונות, לוחות תקרה) מפרידים בין aisle הקר, מונעים תערובת חמה של תשואות אוויריות פשוטות: שיפורים קלים.
- טמפרטורות אוויר אספקה יכולות לעלות עד 10-15 מעלות צלזיוס ללא השפעה על תנאי החדירה.
- ללא כל המכילה, אוויר קר מתערבב עם ממצה חמה, קיבולת קירור המכילה. aisles חם מאפשר חזרה אוויר בטמפרטורות גבוהות יותר, שיפור יעילות צונן.
- החיוולים טבעיים מניעים אוויר חם למעלה, אשר ניתן מותש באמצעות אולמות תקרה אל מחוץ או פעימה חוזרת.
(FLT:0) שיקולים של עיצוב: חיישנים של ההרחבה 1 חייבים להיות שלמים - פערים מתחת לצריפים, בין דלתות, או מעל אריחי תקרה להפחית את היעילות. חיישנים בלחץ לעתים קרובות לפקח על הבדלים שונים כדי להבטיח שהכילה לא תרעבה פצעים קרים.עבור צריחים גבוהים (30+ קילוואט), כי הוא בדרך כלל מעדיף כי זה מונע בידוד אוויר חם ומבטיח לחץ יציב בשרת לחץ סטטי.
2 - תנודות טבעית
ventilation טבעי רותם מחוץ לאוויר כאשר תנאים נוחים קרירים מבפנים.טכניקה זו יעילה ביותר באקלים ממוזג או בשעות הערב/לילה.
- (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (ב) ,0) להקות: FLT:1 , ממוקם גבוה על קירות או על הגג כדי לאפשר אוויר חם לעלות ולצאת.
- (ב) ,0) פילטר אווירי: 1 הכרחי למניעת אבק ומזהמים להיכנס לסביבת השרת.
אוורור טבעי יכול לעבוד לצד המכילה.לדוגמה, aisle חם יכול להיות מאולץ ישירות מבחוץ באמצעות כינית או גג vent, יצירת אח תרמי שמושך אוויר קריר לתוך aisle הקר. גישה זו נקראת לפעמים "אקונדום בצד אוויר" כאשר באופן פסיבי, אם כי מתקנים רבים להוסיף מעריצים דלת כוח נמוך כדי להגדיל את זרימתם עדיין ימים.
(FLT:0) התחייבויות: לחות גבוהה 1:1, משקעים וטמפרטורות קיצוניות יכולים לכפות הסתמכות על מערכות פעילות. ניטור נקודה ורמות חלקיקים הוא חיוני.עבור שרתים בעלי יכולת גבוהה, אוורור טבעי לבדו רק לעתים רחוקות עומד על הביקוש הכולל קירור - זה תוספי קירור מכני ולא להחליף אותו לחלוטין.
אינטגרציה: Heat Sinkאינטגרציה
כיור חום הם השיטה הישירה ביותר קירור פסיבי ברמת הרכיב.הם להגדיל את שטח פני השטח עבור העברת חום convective ולספק נתיב תרמי מן CPU, GPU, או מודולי זיכרון.עבור שרתים בעלי יכולת גבוהה, כיור חום חייב להיות מותאם לסביבת זרימת האוויר הספציפית:
- fin Geo: סנפירים צפופים עובדים היטב עם זרימת אוויר מאולצת אבל יכול לעכב זיהום טבעי.עבור אזורי זרימה פסיביים או נמוכים, ספיגה רחבה יותר (למשל, 4-6 מ"מ) מפחיתה עמידות שכבת גבול.
- חומר: נחושת ( ⁇ 400 W/mK) לעומת אלומיניום ( ⁇ 200 W/mK) צ'יפס מודרני כוח גבוה לעתים קרובות להשתמש בסיס נחושת עם fin אלומיניום כדי לאזן את העלות ואת המשקל.
- צינורות חום: צינורות חום מוטבעים או תאי vapor יכולים להפיץ חום ממקום חם קטן למערך גדול יותר של פין, המאפשר פיזור פסיבי של 200-500 W לכל כיור חום באוויר עדיין.
בנוסף לשקוע חום גדול על מעבדים, קרירים פסיביים יכולים להיות מיושם על ידי הרגולטורים מתח, מודולי זיכרון, ומכשירי אחסון. עבור שרתי להב עם זרימת אוויר פנימית מינימלית, כיור חום בשילוב עם מוליאס ברמה תרמית (למשל, מסגרות אלומיניום הפועלים כמו מפיץ חום גדול) הם קריטיים.
שלב-שינוי חומרים (PCMs)
חומרי שינוי שלב סופגים חום כאשר הם מתמיסים (סוליים) ומשחררים חום כאשר הם מבססים. בשרתים בעלי רגישות גבוהה, PCMs ניתן לשלב בשרתים או בחנויות תרמיות ברמה גבוהה.
- capacitors: PCM שמיכה או מודול בתוך השרת סופג ספיגות חום טרנסינט (למשל, במהלך התפרצויות חישוביות) ומשחרר חום במהלך תקופות עומס נמוך.
- יחידות PCM ברמת Rack-level: מיכלים גדולים מלאים hydrate מלח או שעווה פרפין ממוקם במיסה חמה או מעל racks יכולים להחליק תנודות טמפרטורה להפחית את הביקוש קירור שיא.
(FLT:0S בחירה קריטריונים: FLT:1 , PCM נמס נקודה צריך להיות מעט מתחת לטמפרטורת השרת המצוין המקסימלית של אינלט (בדרך כלל 25-30 מעלות צלזיוס) קיבולת חום עקבית (kJ / ק"ג) ו מוליכות תרמית (בדרך כלל עני, הדורשת סנפירים או קצף מתכת) לקבוע יעילות.
5. Chimney and Sun-Assisted Ventilation
שימני (או ערימה תרמית) משתמש בbuoyancy של אוויר חם כדי ליצור עלייה טבעית. במרכז נתונים, דוקטר אנכי מחובר aisle חם משתרע מעל הגג. as Server exhaust מחמם את האוויר בתוך Chimney, הוא עולה ומושך אוויר חם יותר מן החיסרון השמש.
עבור סביבות בעלות גבוהה, ניתן לדרוש כימוניות מרובות כדי להתמודד עם 100+ קילוואט של חום.גובה ואזור חצוף צריך להיות בגודל כדי להתגבר על ירידה בלחץ דרך שבילי שרת. Chimneys לעבוד הכי טוב כאשר בשילוב עם צריכת אוויר קר ברמה נמוכה - עיצוב "אפקט סטיאק" קלאסי.
דרישות עיצוב עבור High-Density Server חדרים
יישום קירור פסיבי בסביבות בעלות גבוהה דורש מתקן זהיר ועיצוב מקר:
נתיבי אוויר ואוויר
- להציב racks חום גבוה (40-60 קילוואט) בשורות עם ניקוי בשפע (מינימום 4 רגל חם aisle, 4 רגל קור aisle) כדי לאפשר זרימת אוויר טבעית.
- להימנע תערובת חמה וקרה על ידי חותם כל פתחי כבל, באמצעות מברשת grommets, והתקנת חוסמי אריח הרצפה.
- שקול הרצפה המוגדלת מול ריבועים Slab עם קירור מעל הראש יכול לשפר את הקונפדרציה הטבעית אם גובה התקרה הוא מספיק (לפחות 10 רגל).
- השתמש אריחי הרצפה מחוננים רק במישולים קרים, ולהבטיח שהאזור הפתוח של האריח מתאים לביקוש לזרימת אוויר של השרת.
Massal and Building Structure
- רצפות וקירות קונקרט מספקים מסה תרמיה כי לחות תנודות טמפרטורה - המבנה סופג חום במהלך עומסי שיא ומשחרר אותו במהלך תקופות קרירות יותר.
- למקם את מרכז הנתונים על קיר צפוף צפונה או מתחת לאדמה כדי למזער את רווח חום השמש.
- בידוד קירות וגגות כדי להפחית עומסים תרמיים חיצוניים.
המונחים: Levelel Passive Enhancements
- השתמש בחומרי ממשק תרמיים מוליכים גבוהה (TIM) בין CPUs ושקעי חום - למשל, כריות גרפיות, שלב-change TIMs (למשל, Honeywell PTM).
- הוסף מפיץ חום על זיכרון DIMMs ו SSDs. כמה שרתים בעלי רגישות גבוהה להשתמש צינורות חום מלאים נוזל מוטבע בתוך לוח האם כדי להעביר חום לכיור חום מודרך.
- יישום מתחת לfloor חום חילופי נועדו עבור סחר טבעי (למשל, לוחות קירור פסיבי הידרוניים) שיכול להוסיף קירור ברמה של rack.
היתרונות והחסרונות של קירור עבור שרתים בעלי רגישות גבוהה
אימוץ קירור פסיבי מספק יתרונות עצומים מעבר לחיסכון באנרגיה:
- (FLT:0) אספקת צריכת האנרגיה של צריכת האנרגיה של אנרגיה מתחדשת 1: על ידי ירידה במהירות המעריצים ודחוסים לרוץ זמן, מרכזי נתונים יכולים לקצץ אנרגיה קירור ב 30-60 אחוזים. A 1MW באמצעות אסטרטגיות פסיביות עשוי לחסוך 100,000 $ בשנה.
- (FLT:0) השפעה סביבתית של חשמל מופחתת: צריכת חשמל מופחתת פירושה פליטת פחמן נמוכה יותר, בנוסף, מערכות פסיביות דורשות פחות קירור (אם ביטול ההסתמכות המצמררת).
- (ב) ,0) שיפור האמינות של ה-FLT:1: חלקים נעים פחות פירושו פחות כישלונות. אוהדים ומשאבות הם נקודות כשלון נפוצות; גישות פסיביות יכולות לפעול במשך שנים ללא תחזוקה.
- (ב) ,0) הפחתה של ⁇ : מעריצים של חיל האוויר הם מקור עיקרי לרעש.עם זרימת אוויר פסיבית, רמות רעש יורדות, שיפור תנאי העבודה עבור אנשים.
- (FLT:0) דחיסות גדולה יותר פוטנציאל דחיסות FLT:1: טכניקות מעבר מאפשרות דחיסות גבוהה יותר לפני קירור פעיל הופך צוואר בקבוק. כמה ספקי ענן השיגו 40-50 קילוואט לצריף באמצעות המכילה חם עם אוורור טבעי תוספת על ידי מעריצים בעלי עוצמה נמוכה מאוד.
- (FLT:0) מערכות בקרה של פשטלר:1: לגישות מעבר יש פחות נקודות משתנה - הם מסתמכים על פיזיקה, צמצום המורכבות של תכנות BMS.
הוראות: מהערכה ועד המבצע
המעבר לקירור פסיבי לשרתי דיוק גבוהים קיימים דורש גישה מגובשת:
- (FLT:0) הביקורת הירומית (Ermal AudiFLT:1): מדד טמפרטורות בתותחי השרת, מזחלות, ותקרה / floor רמות.זהה כתמים חמים ואזורי שחזור באמצעות מודלים של CFD או הדמיה תרמית.
- (ב) ,0) השגת רטרופיטמירפל 1:1: התקנת ערכות המכילות חם או קטורות קרות.וודא שכל הפערים חתומות.
- (FLT:0)Optimize אוויר זרימת אוויר 1FLT: התאמת מיקומים אריחים חדורים ואזור פתוח. Remove אריחי הרצפה ללא שימוש.הוספת לוחות ריקים בצריפים.
- (FLT:0) Introduce ventilationalationph:1; אם מבנה הבניין מאפשר, להוסיף מהירויות צריכת לוטש צ'ימאני (s) להתחיל עם פסיבי רק במהלך מזג אוויר מתון, ולאחר מכן לשלב עם מערכת מכנית.
- (FLT:0) הרכיבה של רכיב חום מרכיבה 1FLT: Replace סטנדרטי חום שוקעת עם יחידות גדולות יותר, פאסיביות-אופטימיות אם גורם השרת מאפשר, שקול להוסיף צינורות חום או תאי Vapor עבור CPUs.
- (FLT:0) שילוב PCMFLT:1: התקנת מודולים PCM באזורי חום גבוהה (למשל, מעל אמפר חם, בתוך צריחים של שרת עבור אספקת חשמל).
- (FLT:0)Monitor ו- tuneve TuneFLT:1: טמפרטורות יומן רציפות, מהירויות מעריצים, עומסי צונן.התכוונן מכילים, פתחי אוורור, ומיקומים PCM המבוססים על שינויים עונתיים.
אתגרים ומייגים
קירור פסיבי הוא לא כדור כסף - יש לטפל באתגרים: