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数据中心如何使用液冷技术降温

时间:2020-06-24 20:01:09   作者:   来源:   阅读:110   评论:0
内容摘要: 即将开播:4月29日,民生银行郭庆谈商业银行金融科技赋能的探索与实践--> 随着芯片功能、应用程序、人工智能、机器学习的技术进步,以及运营商对数据中心工程师和设施管理人员的要求越来越高,他们担负的职责将会越来越重要。数据中心在现代社会发挥的作用怎么强调都不为过。全球......
即将开播:4月29日,民生银行郭庆谈商业银行金融科技赋能的探索与实践-->

随着芯片功能、应用程序、人工智能、机器学习的技术进步,以及运营商对数据中心工程师和设施管理人员的要求越来越高,他们担负的职责将会越来越重要。

数据中心在现代社会发挥的作用怎么强调都不为过。全球经济依赖于数据中心推动创新、增加就业岗位,以及存储和处理数据等所带来的大量好处。

可以肯定的是,用户对数据中心的需求正在持续增长,而不仅仅是那些致力于保持数据中心高效运行的运营商。随着承载IT设备(ITE)的机架功率密度迅速增长到5kW以上,数据中心采用的更多和更新的设备正在产生更多热量,这给数据中心减少运营成本和能源成本带来了巨大挑战。

自从2010年以来,随着多核CPU的使用,高性能计算(HPC)设备推动了数据中心的温度升高,而且还在不断突破极限。此外,新增加的设备将会阻碍数据中心冷却气流。

为了应对液体冷却系统中的泄漏风险,可靠的连接器至关重要。随着功率需求的增加,仅凭传统的空气制冷技术难以使数据中心设备保持优质性能。数据中心是大数据技术繁荣发展的基石,而全球每天正在创建2.5艾字节的数据,这是由于计算机、智能手机和物联网设备的快速增长,并且这一步伐正在加快。

随着数据中心越来越多采用产生更多热量的高性能核心处理器,液体冷却技术正迅速普及。

那些曾经避免使用液体冷却技术的数据中心运营商如今已经了解其具备的优点。

克服对水冷技术的恐惧

冷却散热是数据中心行业的重中之重,但是许多人对此有所恐惧,担心液冷技术对数据中心安全产生影响。然而,事实并非如此。

许多工程师和数据中心设施管理人员正逐渐将液体冷却视为一种具有价值的数据中心技术推动因素。对于那些认为数据中心的电源和设备容量方面受到限制的数据中民主运营商来说,这是一个有效的解决方案。

大型信息技术公司和芯片制造商(例如英特尔)正在推动向液体冷却的转变,而不再只有少数公司采用。

很多数据中心运营商正在考虑从空气冷却过渡到液体冷却提高数据中心冷却能力。由于数据中心将近一半的能源用于冷却,其能源成本巨大。幸运的是,与液体冷却相关的成本如今随着泄漏风险的降低而下降。

nVent公司数据中心和网络解决方案技术架构总监Matt Archibald表示,随着液体冷却系统和部件的工程、制造和安装的不断进步,诸如电子设备周围漏水的风险、泄漏的联轴器和压降之类的传统问题和看法正在迅速消失。如今,一些厂商正在开发和实施满足并超过数据中心需求的液体冷却系统,并为增加计算能力创造机会,从而推动业务增长和盈利。

液体冷却的类型

正如有多种方法可以冷却内燃机一样,数据中心也有一些有效的冷却技术。数据中心管理人员应该了解并决定使用哪种冷却系统和冷却液满足数据中心的冷却需求。

液体冷却的散热器是使冷却水往返于IT设备的热交换器。密闭式冷却系统和水冷精密空调(CRAH)系统对于数据中心来说是相对较新的技术,它们设计用于在机架设备实施热传递。在这一类中有两种配置:开环和闭环,它们通过与机架设备相关联的盘管来输送冷冻水或制冷剂。水冷精密空调(CRAH)系统采用风扇、盘管和冷却水。

负压设计是在负压下以相对较低的流量将冷却液引导至发热的芯片,将其热量带走,其设计不会在管线破裂时淹没芯片。

正压设计将冷却液引导到高于大气压的位置。这些系统需要可靠组件,特别是经过严格测试程序的行业标准和液体滴漏快速断开装置。

水和丙二醇这两种冷却液可以通过盘管和管道吸收IT设备的热量,一些冷却系统还使用制冷剂作为吸热介质。

绝缘介质流体和浸入技术是一个相对较新的工艺,将IT硬件浸入绝缘介质流体中以散热。

可靠的连接器至关重要

与空气冷却相比,液体冷却使水或其他冷却液可以对特定的数据中心IT系统组件进行更有效的冷却。一个简单的例子就是服务器机架采用流经泵和软管的冷却液进行冷却。

数据中心运营商尽一切努力使水远离电子设备,因此拒绝采用液体冷却系统。但是,当今的液体冷却系统具有巨大的优势,例如可以使数据中心更高效,并在不增加成本的情况下保持甚至增加功率密度。

定期维护对于降低风险很重要,连接器、软管和其他组件的可靠性也很重要。如今,随着IT工程师了解如何将液体泄漏的风险降到很低,液体冷却已成为一种很好的解决方案。为了应对泄漏的风险,可靠的连接器至关重要。联轴器的使用寿命应与冷却系统的工作寿命保持一致,并且与各种冷却液兼容的推锁式软管也显著简化了组装和维护。高效的连接器可确保更高的流量、更低的压降以实现最大的能源效率、抗振动和旋转,并且在连接和断开过程中不会泄漏。

实现标准化

nVent公司的Archibald指出,由英特尔和其他科技公司推出的开放计算技术正在带来更多的标准化,从而降低了成本,并简化了基础设施产品组合。

他说:“数据中心基础设施制造商并不需要采用多种不同的歧管,而我们可以用更少的零件来满足需求。我们可以使用多种公认的连接器并实现标准化。这使制造商和数据中心变得更加简单,因为即使对于数据中心的客户而言,成本也会降低。”

由于数据中心运营商可以围绕一个通用解决方案实现标准化,因此增强了可靠性。因此,零件变得更加可互换。

Archibald指出,连接器在液体冷却系统中至关重要,通用的无滴漏快速断开装置已成为一种标准。他说,性能至关重要,因此需要明智地选择连接器,这种连接器应具有先进的内部设计和强大的功能,并应与防泄漏阀相结合。使用密封设计可防止敏感电子设备和电气连接管道附近的液体流失。

数据中心管理人员希望通过水冷技术进行高效散热,确保在连接和断开时不会发生泄漏。许多工程师和数据中心设施经理已经认识到连接器和相关零件是数据中心不能为了节省成本而牺牲质量的领域。数据中心行业人士正逐渐意识到,明智地投资于水冷技术可以有效降低风险,同时很大限度地提高热管理效率。

明智的选择

高性能计算(HPC)技术提高了数据中心IT设备的性能,但其越来越多的芯片需要水冷技术。2010年多核CPU的问世也让数据中心对不断提高的热管理效率曲线进行管理。高性能计算(HPC)驱使数据中心行业用户找到有效方法来克服高温,而不仅仅是通过气流来实现。

那么液体冷却是未来的优秀选择吗?对于许多人来说,这个答案是肯定的,但是对于其他人来说,则要视情况而定。在某些应用和情况下,液体冷却技术显然是一种可取的措施。其中的应用场合包括:

  • 由于空气冷却的限制而无法扩展的数据中心。
  • 银行/金融中心和保险业的数据中心,因为使用更多的高性能芯片。
  • 建立新设施或在现有范围内扩展数据中心的运营商。

资本支出和运营支出趋势

例如冷却分配单元(CDU)、歧管、连接器等基础设施组件成本相对较低,但对其成本与价值的误解仍然存在。当权衡IT解决方案的成本时,其基础设施成本实际上不到总支出的1%。

美国商会技术合作中心高级副总裁Tim Day和咨询机构NDP公司的管理合伙人Nam D.Pham在2017年发布的一份调查报告中指出,运营数据中心的较大成本支出是电力。其中一半支出是运行IT设备,另一半是用于冷却设施和电力基础设施。报告指出,一个传统大型数据中心的初始资本支出可能为2.155亿美元,而其每年的运营支出为1850万美元。在运营支出中,电力占总支出的40%。

随着以英特尔公司为首的开放计算组织在快速断开连接和其他组件方面实现了更多的标准化,许多人期望其产品组合不断简化并随之降低成本。如果采用安全可靠的液冷技术满足需求的话,那么可以简化数据中运行人员的工作,并降低客户的成本。

最终,企业在液体冷却方面多花费一些费用是明智的,因为这将确保IT设备正常工作。而数据中心运营商采用一些低效的(有时甚至是高风险的)冷却解决方案虽然看上去可以节省成本,但长此以往将会得不偿失。


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