Yüksek hacimli Hesaplamaya Giriş

Yüksek performanslı hesaplama (HPC) kümeleri, modern bilimsel keşif, mühendislik simülasyonu ve büyük veri analizlerini oluşturur. İklim modellemesinden ilaç keşfine kadar, bu sistemler ikinci olarak milyarlarca hesaplama uygular ve büyük miktarda ısı operatörleri ve HPC mimarları sıvı soğutma stratejilerinin temellendirilmesi için kaynak kullanımı için yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, bu tür yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde otomatik olarak elde ederler.

Sıvı Soğutma Nedir?

Sıvı soğutma, sıvı soğutucu kullanan herhangi bir termal yönetim yöntemine atıfta bulunur -tipik olarak su, dielektrik sıvısı veya bir soğutucu - işlemciler, bellek modülleri ve gerilim düzenleyicileri gibi ısı geçişi bileşenlerinin dışına çıkmak için sıvı ısıtılması ve ısı geçişinin ısıtılması.

  • [FONT=0)Direct-to-çip (cold plaka) soğutma: [Döneticileri doğrudan CPU ve GPU'larda monte edilen metal bloklar aracılığıyla monte edilen soğuk akışlar ile ısı geçişi yapılır.
  • [FONT:0]Immersion soğutma: [Dönetici:[Döneticiler veya bireysel bileşenler, fanlar için ihtiyaçtan yoksundur ve çok yüksek ısı kesicileri idare edebilir.
  • [FONT:0]Rear-door ısı değiştiricileri: Coolant, mevcut hava soğutmalı ekipmanla çalışan hibrit bir yaklaşımdır.
  • [FONT:0] İki fazlı soğutma: [Dönemli ısı buharlaşma ısısını kullanın - başka yerlerde ısı kaynağı ve konsüller - son derece yüksek ısı transfer katlarını ele geçirebilirsiniz. İki fazlı sistemler ısı transfer katlarını 300 W /cm2'yi aşabilir, bir sonraki nesil hızlandırıcı çipler için ideal hale getirir.

HPC Clusters'te Sıvı Soğutmanın Avantajları

Sıvı soğutma, performans, ekonomi ve operasyonel güvenilirlik arasında ölçülebilir avantajlar sağlar. Gerçek dünya verileri ve mühendislik ilkeleri tarafından desteklenen birincil avantajları ayrıntılı olarak detaylandırırız.

Geliştirilmiş Soğutma Verimliliği ve Sustained Performans

Su termal iletkenliği yaklaşık 0.6 W /m·K, sadece 0.026 W /m·K hava için - 20'den fazla bir faktör, sıvı soğutmanın zaman-sonuçta artış göstermesi anlamına gelir, bu sıvı-soğuk düğümler tarafından yapılan testlerin, sıvı-soğuk düğümlerin 15 ila 25 ° daha yüksek hızlarda daha yüksek hızlarda artış anlamına gelir; noktaları nedeniyle frekansta herhangi bir azalma, zaman-sonuçta önemli artış anlamına gelir.

Azaltılmış Enerji Tüketimi ve Aşağı PUE

Veri merkezi elektrik faturaları iki tüketici tarafından yönetilir: toplam ekipman ve soğutma altyapısı. Geleneksel hava soğutma tesisleri (topraklı 40-50°C) yüksek basınçlı soğutma tesislerinin% 30-40'ı tamamen reddedebilecek yüksek hızlı fanlar. Örneğin, ısı soğutmalı veya soğutmalı soğutma tesislerinin ısıtılması için 3,6'lık yüksek çözünürlükte 1,8-150 $ 'lık yüksek çözünürlükte 1'lik yüksek çözünürlükte 1'lik yüksek çözünürlükte 1'lik yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte.

Uzay Tasarrufları ve Artan Yoğun Yoğun Yoğun Yoğun Yoğun

Hava soğutma, yüksek hacimli kanalların ihtiyacı nedeniyle raf yoğunluğuna ciddi kısıtlamalar getiriyor, sıcak / çığ aisle içerde ısıtılır ve sıvı soğutma ile ısınır, bu yoğunlukta küçük çaplı veri merkezi ayak izi kullanarak kaynaklanır veya mevcut zeminlerin genişlemeden daha sıkı bir şekilde ev sahibi olmasına izin verir.

Geliştirilmiş Uzun Donanım ve Güvenilirlik

Sıcaklık bisiklet - tekrarlanan genişleme ve malzeme sözleşmeleri sıcaklık dalgalanması olarak - daha düşük ve daha istikrarlı bir şekilde elektromigrasyon ve dielektrik bozulmasının öncü bir nedeni, işlem düğümleri arasındaki hataların (MTBF) arasındaki zamanını genişletiyor.Fiktörlerden gelen çalışma, sıvı soğutmalı 10 °C veya daha fazla uçuşta görülen 10 °C veya daha fazla hız kaybı ile görülen, üç yıllık bir süre boyunca aynı şekilde şarj edilen donanım başarısızlıkları azaltan bir şekilde azaltılıyor.

Gürültü Azaltımı Gürültü

Bir HPC veri merkezinde binlerce yüksek performanslı hayranı 85 dB'yi aşabilir ve en çok fanları ortadan kaldırır; immersion soğutması, sadece düşük hızlı pompalar ve opsiyonel düşük oda fanları kullanır. Gürültü seviyeleri 50 dB'nin altından aşağı düşebilir, teşhis veya araştırma için makine odasına erişmek için daha verimli bir ortam oluşturabilir.

Future Generations için erişilebilirlik

Soğutma tasarımı gücü (TDP) yükselmeye devam ediyor - yüksek çözünürlükte 600 W'yi cihaz başına aşıyor ve gelecekteki tasarımları 1 kW'a yaklaşabilir - hava soğutması mevcut termal altyapıları yeniden kullanarak fiziksel olarak pratik hale gelir: kapalı-loop sistemi daha soğuk plakalar ekleyerek genişletilebilir ve tüm tesisi yeniden tasarlayamaz.

Sıvı Soğutma ile Hava Soğutma: Bir Sayısal Perspektif

Farklılıkları göstermek için, aşağıdaki tablo, endüstri karşılaştırmalarına dayanan temel performansı özetliyor (değerler 100 kW hesaplama yüküne orta büyüklükte bir HPC kümesi için temsil ediyor):

  • [FONT:0)Koolma gücü (hava): [Dönem: 40-50 kW (kırdarlar, hayranlar, pompalar) [[[Dönemli:2)Liquid:[DDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar, Kuru Daha Aztekler, Kuru Soğuk Fanlar)
  • [Dönemli PUE (hava): [Dönem: 1.35-1.50.]
  • [FONT:0)Maximum raf yoğunluğu (hava): ). 35 kW.ETHFLT:2).Liquid:).
  • 1 metrede seviye (hava): 85 dB. Liquid: <50 dB.
  • [Uygun:0)CPU sıcaklık varyasyonu yük altında (hava):) ±5°C.Ücret:2)Liquid:[DDDD 3][/FONT=0)
  • Hardware başarısızlık oranı (hava üssüne normalleştirilmiş): Sıvı <0.7×.

Hava soğutma daha düşük seviyeli konfigürasyonlar ve miras retrofitler için uygulanabilir olsa da, sıvı soğutmanın avantajları, raf başına 20-30 kW'ı aşıyor.

Uygulama ve Zorluklar

Havadan sıvı soğutmaya geçiş, operasyonel risklerden kaçınmak ve yatırıma en iyi şekilde dönmek için birkaç alanda dikkatli bir planlama gerektirir.

Maliyet Analizi: İlk vs. Operasyonel Açıklama

Bir sıvı soğutma çözümünin ön maliyeti - soğuk plakalar, borular, pompalar, ısı değiştiriciler, kontrol sistemleri ve kurulum çalışmaları - genellikle toplam donanım yedek maliyeti için% 10-25 $ bir küme. $ 5 milyon HPC sistemi için, bu ekstra 500 $ - 5 milyon dolara eşit, ancak elektrikteki operasyonel tasarruflar (genellikle 100 $ -000-00.000 $) ve şarj edilebilir donanım yedek maliyetleri, ödeme süresi genellikle 18-36 aydır.

Güvenilirlik ve Güvenlik Önlemleri

Leak algılama ve mitigation parank. Modern sıvı soğutma sistemleri, kireçleri, baskı sensörleri, ne kadar wicks ve tek bir raf segmente bir sızıntıyı izole eden otomatik kapaklar. Coolant seçimi önemlidir: doğrudan-çizor sistemleri genellikle korozyon inhibitörleri ve biyokitler ile ısıtılırken, immersion sistemleri milyonlarca saat süren dielektrik sıvıları gerektirir. Düzenli bakım serin kaliteli çekleri içerir (pH, iletkenlik, parçacık) ve pompa hizmetleri.

Mevcut Altyapı ile uyumluluk

Bir hava soğutmalı veri merkezi için optimize etmek, sıvı tedarik için planlama gerektirir ve borulara geri dönmek için, kondensasyon yönetimi (eğer serin sıcaklıklar, daha ağır rafları desteklemek için sıvı soğutma altında yapılırsa, birçok operatörler bir faz yaklaşımı tercih eder: Doğrudan-to-çiz soğutma için en fazla havadaki donanımlar için planlama yapılırken, havadaki taşıyıcılar arasında.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Vaka Çalışmaları

Birkaç belirgin HPC merkezleri sıvı soğutmayı benimsemiş ve önemli faydalar rapor etmiştir. Örneğin, İsviçre Ulusal Süperkomputing Merkezi (CSCSCS) doğrudan sıvı soğutmayı "Piz Daint" süper bilgisayarlarında kullandı, bir PUE'ye sahip olmak, Azure veri merkezleri arasında sistemi korumakta, aynı şekilde, Oak Ridge Ulusal Laboratuvar'daki "Summit" süper bilgisayar, soğuk plakalarla bu kadar hassas bir yaklaşım kullanıyor, 200 petaflops devam ediyor.

Sıvı soğutmanın evrimi, daha yüksek hesaplama performansı ve sürdürülebilirlik hedefleri için sürekli talep ile hızlanıyor. Birkaç ortaya çıkan trend izlemeye değer:

  • [FONT:0] İki fazlı immersion soğuma: Düşük sıcaklıklarda (örneğin, Kasımec 7000) ısı transfer katlarını 10.000 W /m2·K'ya kadar sürebilir, pompasız aşırı yüksek güç çiplerinin pasif soğutmasına izin verebilir.
  • [FONT:0]Waste ısı yeniden kullanılabilir:[Dönetici: [Dönetici:0] Bir HPC sistemi ısı binaları, seralar veya endüstriyel süreçler için kullanılabilir. Bu, veri merkezi ısıyı bir kaynakta döndürür, dairesel ekonomi ilkeleriyle uyumlu hale getirir.
  • [FONT:0)Standartizasyon ve ekosistem olgunluğu:[Dönetici:0) Açık Proje ve Sıvı Soğutma Sistemleri İttifakı, bağlantılar, serin kompozisyonlar ve izleme protokolleri için açık standartlar geliştiriyor, satıcı kilitleme ve daha düşük kabul engelleri azaltır.
  • [FONT:0) Yenilenebilir enerji ile ilgili olarak: Sıvı soğutma ekipmanının top gücünü azaltır, HPC kümelerini yerinde bulunan güneş veya rüzgar nesli düzleştirici yük profilleri ile çiftleştirmek daha kolay hale getirir.

Endüstri eski bilgisayar ve ötesinde, sıvı soğutma, niş bir uzmanlıktan varsayılan bir gereklilike geçiş yapacak. Teknoloji zaten yeni yapılar için maliyetle rekabete ve retrofitler için daha uygun maliyetlidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıvı soğutma, deneysel sahnenin ötesine geçti ve şimdi yüksek performanslı hesaplama kümeleri için ana seçenek. Yüksek ısı yüklerini verimli bir şekilde kaldırma, enerji tüketimini azaltma, donanım güvenilirliğini artırmak ve HPC'nin işletmeleriyle karşı karşıya kaldığı en acil zorluklara doğrudan ulaşma olanağı sağlar. İlk yatırım ve planlama gereksinimlerine rağmen, uzun vadeli operasyonel tasarruflar, performans kazanımlar ve sürdürülebilirlik avantajları, zorlayıcı bir iş davasını hızlandırmaya devam eder. Herhangi bir organizasyon binası için veya HPC tesisine sahip olan güç kesintileri artırmak, sıvı olmayan bir işlem olarak, en güçlü bir işlem koşulları güçlendirmeye devam eder.

Daha iyi uygulamalar hakkında daha fazla okuma için, [FONTRAE Termal Kılavuzları[Dönetici:2)Open Compute Project's Liquid Soğutma Girişimi[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)[Döneticileri)[Döneticileri) ve vaka çalışmaları [FONTC)[DÜSTRİYE BÖLÜMLERDÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN