Ще може ли течното охлаждане за центрове за данни да оправдае очакванията?

03.05.2023 1 135 5

Martin Deshev

Устойчивостта и цените на енергията са важни теми във всяка индустрия по света в момента. Разбира се, това включва и центровете за данни. Има много дискусии как да се постигне пикова производителност докато същевременно се намаляват разходите.

Охлаждането има голяма роля в постигането на тази цел. То е и един от най-сложните и скъпи аспекти на всеки център за данни. Естествено, това е и много динамична ниша  с много иновации и идеи. И в продължение на известно време течното охлаждане постепенно се оформя като водеща тенденция сред операторите на дейта центрове. Има много активно развитие на различни методи за течно охлаждане, както и много амбициозни прогнози за бъдещето на този метод. Ще успее ли да отговори на очакванията?

Големи амбиции

Според доклада Data Center Thermal Management Market Analysis от края на 2022 г., на Omdia, интересът към течното охлаждане е доста голям и ще продължи да се увеличава. Приходите само на пазара на течно охлаждане могат да достигнат 3 млрд. долара годишно до 2026 г. Натрупаният среден годишен ръст ще достигне 50.4% за петте години между 2021 г. и 2026 г.

„Задвижвани от нуждата за изчисляване на все по-интензивни задачи, инвестициите на доставчиците на клауд услуги имат положителен ефект върху потенциала за растеж на пазара“, коментира д-р. Мойсей Леви, старши анализатор за захранване и охлаждане на центрове за данни за лондонската Omdia, пред DataCenterKnowledge (DCK).

Около две-трети от центровете за данни в САЩ вече редовно достигат пиково натоварване. Енергийната плътност е около 15kW на рак, допълва DCK. За да намерят решения, операторите на центрове за данни, търсят помощ от… данните. Оказва се, че дейта центровете използват много ресурси, за да се охлаждат. Това не е изненада. Но е изненада, че голяма част от тези ресурси могат да бъдат оптимизирани и намалени.

Например през 2021 г. центровете за данни на Google са използвали 4.3 млрд. галона вода. Това е водата, която е нужна за 29 голф игрища в югозападните щати на година. Google инвестира в технологии и методи за намаляване както на консумацията на вода, така и на енергия. И през същата 2021 г., компанията е намалила въглеродния отпечатък на центровете си за данни с общо 300 000 тона, казва Урс Хьолце, старши вицепрезидент на техническата инфраструктура на Google.

ИТ гигантът и други оператори на центрове за данни разглеждат различни решения да подобрят резултатите си. „Системите за течно охлаждане могат да са идеалното решение за такъв проект, но могат и да не са. Изборът на течно охлаждане вместо въздушно зависи от множество фактори, включително конкретното местоположение, климат (температура и влажност), енергийна плътност, натоварване, ефикасност, производителност, повторно използване на топлината и наличието на физическо пространство“, коментира д-р. Леви.

Течното охлаждане не е нещо ново

Течното охлаждане далеч не е нова технология. ИТ индустрията я разработва от много години. DataCenterDynamics (DCD) отбелязва, че течното охлаждане влиза в ИТ индустрията още през 60-те години на 20-ти век. Тогава IBM пуска ентърпрайз компютъра System/360, който влиза в историята с много технологии. Някои от тях се използват и до днес. Например части от системния код на S/360 и… хибридното охлаждане. Системата използва комбинация от течно и въздушно охлаждане.

Основната концепция и компоненти се използват от настолните компютри и до днес. През последните години идеята е еволюирала много по отношение на сървърите и центровете за данни. Първоначално течното охлаждане беше само за топлината от централния процесор, но сега повечето компоненти могат да бъдат охладени по този начин. А производителите на хардуер активно работят по компоненти, които могат да бъдат охлаждани директно, не просто чрез слагане на радиатор върху тях. Компонентите могат да се потапят директно и напълно в течност, но повече за това след малко.

Течното охлаждане има своите предимства. Едно от тях е, че има по-малка необходимост да се поддържа по-ниска температура в цялото сървърно помещение. Центровете за данни използват много енергия, за да охлаждат въздуха в помещенията, за да е по-лесно за компонентите да работят, особено, когато се използва въздушно охлаждане. Увеличаването на температурите в помещението с 2-4 градуса по Целзий, може да не се отрази толкова зле на хардуера и той ще може да работи с добра производителност, но да се спестява много ресурси. Течното охлаждане може да е добър начин да се постигне този баланс с по-малко усилия.

Има и още един фактор, който трябва да се има предвид, отбелязва DCK. Фактът, че хардуерът става все по-мощен. Въздушното охлаждане не може да се справи без значителни компромиси в енергийната консумация, по-големи вентилатори и повече шум. А центровете за данни и сега са доста шумни. Течното охлаждане би могло да помогне за решаването на тези проблеми. То не може да бъде пълно и универсално решение за всички, но може да поеме голяма част от охлаждането и да помогне за намаляване на консумацията на енергия и шума, като запази по-разумни нива на разходите и няма да е нужно от толкова много допълнително място.

Има повече от един подход

Както споменахме, има повече от едно решение с течно охлаждане. Всъщност, в наши дни има дузини варианти и комбинации. Ще пропуснем тези за крайни клиенти и ще обърнем внимание на някои от възможностите за центрове за данни. Те също са много. Можем да ги разделим на няколко по-малки групи.

Първата е Direct-to-Chip. Както името подсказва, фокусът е охлаждането на основните чипове – централен и графичен процесор. Това става чрез радиатор, който се поставя върху чипа, а течността отнема топлината, като преминава през него. Недостатък е остатъчна топлина, която трябва да се премахва. Това става чрез вентилатори, но по-малкото отколкото биха били иначе и с по-малко разходи. Предимството е по-евтината конфигурация и възможността да се използва обикновена вода или специална диелектрическа течност.

Има и друга версия на този тип охлаждане. Първата се нарича Single Phase тъй като течността не сменя състоянието си. Другата е Two-Phase, в която течността сменя състоянието си. Най-често в газ или пара и след това обратно до течност. Предимството е по-малък риск от течове и повреди. Недостатъкът е нуждата от допълнително оборудване са смяната на състоянието и съответно по-големи разходи за поддръжка.

Следва охлаждане чрез потапяне. Това е голямата тенденция в момента. Разбира се, тя също има няколко версии. Основните елементи са еднакви – компонентите се потапят директно в течността. Няма радиатори или нищо друго между нея и чиповете. Някои разработки предвиждат потапянето само на част от платката с основните чипове, докато други потапят целия сървър.

Има и още варианти. За някои от тях просто потапянето на компонентите е достатъчно за охлаждането им. Това зависи от допълнителни фактори като околна температура, средна топлина от сървър при пиково натоварване и др. Други версии включват циркулация на течността и различни начини за охлаждането ѝ преди да се върне при хардуера. В зависимост от дизайна, шумът може да е значително по-нисък от този на вентилаторите или практически да е напълно тихо.

И при потапящите решения може да се използва Two-Phase подход. Отново има и няколко различни начина за постигането му. Един от тях може да е със серпентина и конденз, който отново може да е почти напълно тих. Допълнителното оборудване обаче може да направи този избор по-скъп и труден за поддръжка. Но може да се окаже и по-ефикасен за някои конфигурации.

Има и още. Друг, засега доста по-рядко използван подход, е пълното потапяне на целия център за данни. Очевидно това може да стане само на конкретни локации и за малки центрове. Рядко се прилага, но е възможно.

Бъдещето е течно

Няма съмнение, че течното охлаждане ще продължи да се развива и ще става все по-ефикасно. Все повече центрове за данни го приемат и това мотивира още иновации и увеличаване на наличните пари на пазара. Това не означава, че ще има само ново оборудване за течно охлаждане и хардуер, който е по-добре оптимизиран за него.

Компаниите отделят повече усилия и за разработката на по-добри течности за охлаждане. Скорошна иновация е растително олио. То не е същото, което използваме за салати. Разработено е от Cargill, като е съставено от 90% соя и има амбицията да замени петролно-базираните охладители за дейта центрове. Тъй като е направено от растение, е практически СО2 неутрално и според Cargill има 10% по-добра топлинна ефективност спрямо синтетичните течности. Компанията казва, че олиото покрива всички стандарти за безопасност, като има висока точка на горене и не може да се самозапали. Освен това разливите се чистят лесно само с вода и сапун, без да са нужни допълнителни препарати. Очевидно и рециклирането ще е по-лесно.

Други компании пък се насочват конкретно към решения за охлаждане с потапяне. Една от тях е Liquid Stack, която ще изгради цяла лаборатория за проучвания и разработки в САЩ. Тя ще се концентрира изцяло в тази ниша и ще работи за бъдеще, в което изкуственият интелект е фактор. Тази технология ще изисква още по-мощен хардуер. Разбира се, това ще означава още повече топлина и увеличена нужда от по-добри решения за охлаждане. Затова течното охлаждане се оказва на точното място и време, за да се позиционира като отлично решение. Има много място за иновации в тази ниша и практически всеки аспект може да бъде допълнително подобрен и развит. Затова можем да очакваме, че пазарът на течно охлаждане е в отлична позиция да бъде много динамично и интересно място през следващите няколко години. Това ще е от полза както за компаниите в него, така и за центровете за данни и техните оператори, които ще имат избор от още повече варианти и решения за всяка нужда и конфигурация.