Binnenkort, zult u geenklasse Cpu, GPUs, en andere versnellers, zoals FPGA kunnen koelen, gebruikend alleen luchtstroom. Dat is volgens ingenieurs van Microsoft, een bedrijf dat enkel vorig jaar zei het vloeibare koelen nergens dichtbij praktisch voor datacentra was.
„Wat wij proberen om hier te doen is voorbereidt onze industrie voor de komst van liquid-cooled spaanders,“ Husam Alissa, een hogere ingenieur met het ontwikkelingsteam van de de Data Centervooruitgang van Microsoft, bovengenoemd in een presentatie tijdens OCP de Globale Top in Mei, vrijwel hield. „Zij zullen het vloeibare koelen vereisen. Zo, moet onze inspanning hier zich op OCP richten, en de aanpassing naadlozer aan het vloeibare koelen maken.“
OCP, of Open verwerkt Project gegevens, is de inspanning Facebook, Goldman Sachs, en een paar anderen gelanceerd in 2011 om controle van de manier te worstelen hun datacentrumhardware en de infrastructuur wordt ontworpen – en de prijs vastgesteld van – vanaf bedrijven die tegelijkertijd markt „gevestigde exploitanten“ (houdt van van Dell, HP, of Cisco) waren en gebruikt waren geworden aan het roepen van de schoten.
Microsoft was enkel één van een overvloed OCP-Topdeelnemers — de medewerkers aan OCP gingen het Koelen Oplossingen (ACS) subproject vooruit — wie erin slaagde om hun liquid-cooled projecten van iets te evolueren die op de rug lijken van Projectmercury alvorens het veilig was om astronauten aan meer als Apollo na drie of vier succesvolle touchdowns te lanceren. Sinds 2016, heeft Microsoft gewerkt aan Project Olympus, betrekt een inspanning die de chassis en vormfactoren van servers te raffineren voor een hyperscale worden gebouwd als Azuurblauw.
Nu, OCP-de leiders zich zoals Microsoft en Facebook, en andere ACS-subgroepleden, op nieuwe manieren concentreren om de thermische stabiliteit van bewerkers, versnellers, en opslagcomponenten te handhaven.
De Toekomst, op Kraan
De „hybride vloeistof die“ pasten typisch luchtgekoelde systemen met aanhangsels koelen retroactief aan die vloeistoffen (met inbegrip van H2O maar onlangs ook nieuwe klassen van vervaardigde vloeistoffen, oorspronkelijk opgevat voor brandvertraging) direct door flexibele pijpen en op verzegelde bijlagen rond siliciumchepen leveren. Als welke spoedig beschreven Alissa komt overgaan, een nieuwe klasse die van het flexibele hete en koude door buizen leiden, „blinde partner“ (genderless één-breuk) gebruiken verbindingen, naast Ethernet en elektrische kabels zal worden gekanaliseerd.
Aan de inkomende kant van de kring een diëlektrische vloeistof – niet water, en niet minerale olie zal zijn. Het zal aan een bijlage worden door buizen geleid die kritieke componenten omringen — misschien een middelgrote doos voor motherboard, misschien enkel een klein juweelgeval voor individuele spaanders. Daar, zal de vloeistof op kookpunt komen. Dan zal de uitgaande partij van de kring weg de damp aan een bijlage door buizen leiden die de hitte vangt, de damp terug in vloeistof, re-condenseert en het gehele proces opnieuw begint.
De serverrekken geven reeds lucht door. Het is niet praktisch, zo blijkt veronderstellen omzettend hen in toestellen die water in plaats daarvan doorgeven. Tenzij u de volledig-onderdompelingsroute gaat, moeten de luchtstroom en de stroom van vloeistof coëxisteren. De ingenieurs die tot OCP bijdragen zoeken efficiency, manieren waarin beide stromen profiteren eerder dan elkaar te belemmeren: „pneumatische vloeistof die“ koelen (AALC).
Zij zijn omhoog tegen een klok zij het tikken kunnen horen maar niet kunnen zien. Gemaakte Alissa van waarschuwingsmicrosoft lijkt niet meer aanvechtbaar: Spoedig, zal er spaanders zijn die niet kunnen luchtgekoeld zijn. Waren er geen pandemic geweest, zou hun tijd van aankomst gemakkelijker geweest zijn te schatten.
Aangezien Phillip Tuma, een specialist van de toepassingsontwikkeling met van de Elektronikamaterialen van 3M de Oplossingenafdeling, OCP-deelnemers vertelde, kan de nieuwe overvloed van vloeibare het koelen methodes worden gesorteerd gebruikend vier kenmerken (voor een theoretisch totaal van 31 verscheidenheden):
- Hittetransfer-mode. Een eenfasig systeem baseert zich op natuurlijke factoren, zoals het feit dat de hitte toeneemt, om hitte uit een gebied te verwijderen, terwijl een systeem in twee fasen typisch een mechanisme integreert dat de vloeibare stroom in opname en afvloeiing verdeelt.
- Convectiewijze. In een systeem in twee fasen, bepaalt dit of de impuls voor vloeibare stroom een actief mechanisme, zoals een pomp, of een passief één, zoals een koude plaat is.
- Insluitingsmethode. In een volledig-onderdompelingssysteem (vind onze recentste diep – Ha duikt! – op onderdompeling hier), zijn alle servers of serverchassis in een cluster ingesloten in één enkele tank. Alternatief, kan één enkele server in verzegeld worden ingesloten clamshell. Of, in een AALC-regeling, kan verzegeld helft-SHELL één enkele die spaander, of met passief wordt heatsink of inpakken met een soort ceramisch met een laag die wordt bedekt uitgerust die (niet zilveren deeg) dat het koken bevordert, heel erg zoals een straatoppervlakte op een hete de zomerdag.
- Vloeibare chemie. Een koolwaterstofvloeistof is als een minerale olie maar hoogst geraffineerd en gezuiverd. Door contrast, wordt een fluorocarbon vloeistof vervaardigd, als een brand - vertrager, en zich gedraagt niet als een olie. Beide klassen hebben lagere kookpunt dan water, en allebei vereisen het constante filtreren om onzuiverheden, zoals water in een aquarium te verwijderen.
Het methaan is een koolwaterstof, en zoals iedereen met een openluchtbarbecue het weet, is het hoogst brandbaar. Bij kamertemperatuur, is het een gas, dat het van gebruik in onderdompeling diskwalificeert. Wat de koolwaterstoffen aan opbrengs koeloliën veiliger worden gebruikt dan methaan maakt of hexaan (slechts „brandbaar“), bovengenoemd Tuma, heeft koolstofaantallen 10 die of groter. „Daar uitgaand van komt u uiteindelijk oliën tegen die eenvoudig te kleverig om voor onderdompeling zijn pumpable en nuttig te zijn,“ hij opmerkte.
Gevallenanalyses
Voor hybride AACS-systemen die in datacentrummilieu's moeten worden verklaard, zullen zij moeten worden geclassificeerd. Daarvoor, Intel-bood de ingenieur Jessica Gullbrand een vrij eenvoudige regeling aan. Het begint met een „hybride fundamentele“ component het koelen configuratie: hoofdzakelijk de introductie die van water-gegoten koude platen aan een luchtgekoeld kader, slechts de high-power componenten, zoals GPUs of Cpu contacteren. Een „hybride midden“ model voegt koud plaatcontact aan DIMMs toe. Hier is waar luchtstroom beduidend begint worden verminderd, gewaarschuwde Gullbrand, en waar de vloeibare het koelen methode moet efficiënt compenseren te zijn.
De koude platen die ander materiaal, zoals opslagseries, contacteren zouden het systeem als „geavanceerde hybride.“ kwalificeren Zodra de luchtstroom volledig beperkt is of niet meer een rol in het koelen speelt, kan het systeem niet als „hybride worden geclassificeerd.“ De rekken kunnen, volgens de bijdrage van Intel tot voorstellen, afhankelijk van afzonderlijk worden geclassificeerd of zij warmtewisselaars in de voorzijde of het achtergedeelte omvatten.
Hoeveel van deze classificatieregeling is voor datacentrumingenieurs en certificatieberoeps, en hoeveel voor risicobeheerberoeps zal zijn? Konden de verzekeringsschatters, bijvoorbeeld, risico gebruikend een verscheidenheid van nieuwe variabelen, zoals de waarschijnlijkheid van lekkage opnieuw berekenen?
Wij zetten de vraag aan Gullbrand van Intel. „Wij hebben in de [vereisten] documenten specifiek wat niet met betrekking tot risicobeheer moet worden geregistreerd,“ zij antwoordden gespecificeerd. „Wij hebben een paar dingen vermeld die moeten worden overwogen. Wat doet u, bijvoorbeeld, als u een ongeval of een lekkage hebt? Als er een morserij is, hoe zou u dat behandelen? Die processen op zijn plaats, natuurlijk, vóór iets gebeurt hebben.“
Zo, kan daar het zijn omhoog beëindigen een risicobeheersectie in de definitieve de vereistendocumenten van OCP voor componenten zoals koude platen „om mensen ervoor te zorgen denkt de oplossingen door,“ bovengenoemde Gullbrand.
Hybride Basis en Midden
De eenvoudigste hybride het koelen configuratie, zoals die door Microsoft en Facebook-datacentrumingenieurs wordt voorzien, begint met de gehechtheid van een warmtewisselaar (HX) aan het achtergedeelte van het rek. Het is een component van Bolton die een reeks van vijf 280mm ventilators omvat die tot 4.800 kubieke voet per minuut (CFM) produceren van luchtstroom. Het zou temperatuur en van de luchtdruk monitors ook aan boord, en sensoren omvatten.
Als verklaarde Alissa, nemen een reservoir en een pompende eenheid (RPU) de plaats van sommige luchtstroomcomponenten in een rek, vaak die geïnstalleerd op de bodem. Het heeft van HX gescheiden, makend het gehele systeem meer modulair en gemakkelijker te handhaven en te herstellen. Alternatief, als de ruimte beschikbaar is, kan HX in het rek zelf worden geïnstalleerd.
„Daarom, wordt het vloeibaar-aan-luchtgedeelte van deze oplossing flexibel en kan voor prestaties of het einduse case worden geoptimaliseerd,“ bovengenoemde Alissa. „En RPU, zijnd de hub van de oplossing, kan worden geoptimaliseerd, en ook voor interoperabiliteit worden gestandaardiseerd en worden ontworpen om veelvoudige oplossingsleveranciers toe te laten om dit product te steunen.“
De ingenieurs van in Calgary-Gebaseerde CoolIT-Systemen zijn grotendeels verantwoordelijk voor het ontwerp van RPU, die, volgens de oplossingen van het bedrijf hyperscale directeursnok Keerder, werd afgeleid uit een gevallenanalyse die zijn CHX80 op rek-gebaseerde vloeibaar-aan-vloeibare koeldistributieeenheid impliceren (CDU). Daar, werd een rek gekoeld gebruikend een verscheidenheid van koude platen opnemend direct contact met hete componenten en werd gegoten met vloeistof door de toevoeging van een gesloten vloeibare lijn.
Voor de nieuwe (hierboven) afgeschilderde die gevallenanalyse, werd de hitte door de koude platen wordt geabsorbeerd uitgeput door HX na het overgaan door de tocht die aan de andere componenten in het systeem op de normale manier worden geleverd. CHX80 werd eerst geoptimaliseerd voor het smalste Open Rek van OCP de factor van de 19 duimvorm, met een facultatieve gehechtheid van de adapterplaat voor grotere grootte.
„Interoperabiliteit tussen verkopers, normalisatie steunen voor elektro en vloeibare interfaces wordt vereist,“ verklaarde Keerder, die iets zeggen die in drie jaar zeer goed kan vanzelfsprekend zijn. „Dit omvat niet alleen het type van schakelaar maar ook de plaatsen, enkel om ervoor te zorgen zijn er geen het verpletteren met een andere componenten in het systeem, en wanneer u uit componenten ruilt, loopt u niet plotseling op kabel of buislengte.“
Het is nog een luchtgekoeld rek, zodat is het opvatten hoe te om een bestaand rek retroactief aan te passen niet zulk een rek. En de vloeistof in kwestie kan regelmatig water zijn, hoewel het niet om direct uit de faciliteitenwatervoorziening te hoeven te komen. Nog, maakt de Fernandes vertelde deelnemers, vloeistof al verschil.
„Het uitgebreide testen van deze rek-vlakke opstelling die GPU-getoonde sleeën [dat] impliceren voor een bepaald luchtstroomtarief, deze closed-loop vloeibare het koelen oplossing veel belofte in de vorm van 50 percenten van de hogere machtsconsumptie de steun, in vergelijking tot de originele luchtgekoelde oplossing levert,“ de thermische ingenieur bovengenoemd John Fernandes van Facebook. „Nochtans, kon de verdere verbetering van het koelen van componenten deze projecties nog verder duwen.“
Geavanceerde hybride
De demonstratie die de deuren van de volledige OCP-conferentie (samen met om het even welke ingebouwde warmtewisselaars) kan geblazen hebben werd geleverd als een video van een bedrijf genoemd ZutaCore.
Het ontwerp, in samenwerking met rekmaker Rittal wordt ontwikkeld, impliceert het uitrusten van de achter-deur HX met een vloeibaar infusiesysteem in twee fasen dat pompen diëlektrische vloeistof door een 4mm inhambuis in een kamer direct over de spaander die, waarvan heatsink is verwijderd. Daar, kookt de vloeistof zichtbaar, en de dampbellen dragen weg hitte door een 6mm afzetbuis aan een koelmiddel-distributie verzamelleiding. Van daar, wordt de damp overgegaan door tot een eenheid van de hitteverwerping (HRU).
„HRU bevat ventilators die koud-doorganglucht over een condensator blazen, dwingend de damp om zijn hitte op te geven en terug in een vloeistof te condenseren,“ verklaarde de directeur van ZutaCore van productbeheer Timothy Shedd. Een „pomp trekt dan dat vloeistof uit en duwt het terug naar de evaporatoren, waar de cyclus.“ opnieuw begint
Op het centrum van ZutaCore is het ontwerp een (hierboven) voorgesteld deel dat spaander heatsink vervangt. Het heeft een „Verbeterde Nucleation Evaporator geroepen,“ of ONO. De koele vloeistof wordt gepompt in een kamer, waar de hitte van de spaander het op kookpunt brengt. Die damp wordt getrokken door de evaporatoren in een luchtgekoelde condensator. Omdat de kamer zo klein is, en de stroom zo constant is, Rittal-is de eisen, een vloeibare stroom van enkel 140mm per minuut geschikt voor het koelen 400W.
Het is metingen zoals dit die ingenieurs en wetenschappers om ten gunste van het verlaten van metrisch waarmee de industrie server en datacentrum momenteel macht evalueert, in de context dwingen te bepleiten van wat wordt vereist om hen te koelen.
„Dit milieu is volledig verschillend van een luchtgekoeld milieu,“ verklaarde Jimil-Sjah, een ingenieur van de toepassingenontwikkeling met 3M, de waarvan horde producten koelvloeistoffen omvat. „Met luchtgekoeld, zult u over rekdichtheid per vierkante meter spreken. Maar hier, spreken wij over kilowatt-per-liter.“
Als die projectie aangezien het vloeibare koelen onvermijdelijk wordt (op zijn minst door Microsoft en de rekening van Facebook) gebeurt, dan hier is onze nieuwe basislijn, hoffelijkheid Rittal en ZutaCore: 0,35 kW/liter. Dat is als nucleation — een nieuw woord voor het lokale datacentrum — kon alles koelen.