В сегменте высокопроизводительных вычислений непрерывные улучшения, ведущие к росту производительности серверного оборудования, являются ключом к успеху, позволяя решать все более сложные задачи и обслуживать все больше ресурсоёмких рабочих нагрузок. Но когда развернутая в центре обработки данных система охлаждения не справляется с нагрузкой, бывает крайне трудно оценить истинный потенциал размещенной в нем IT-инфраструктуры. Ситуацию усложняют и ограничения по доступному пространству, а также по плотности размещения вычислительного оборудования. Все это особенно актуально в случае использования в ЦОД стандартного воздушного охлаждения.

Традиционный подход к охлаждению серверов, предполагающий использование вентиляционных систем и громоздких, дорогих, а также малоэффективных систем кондиционирования воздуха, вызывает проблемы, связанные с выходом на нужный уровень плотности мощности, тем самым мешая более эффективно использовать доступное пространство. Кроме того, он характеризуется высокой энергозатратностью и шумовым загрязнением. На самом деле при использовании традиционных воздушных систем охлаждения на их долю приходится около 50% всей электроэнергии, потребляемой дата-центром.

Другой подход

Но альтернатива есть. И заключается она в использовании решений класса DCLC (Direct Contact Liquid Cooling или Жидкостное охлаждение прямым контактом), одним из производителей которых выступает компания CoolIT Systems.

Прямоконтактные системы жидкостного охлаждения серверов использует относительно высокую теплопроводность жидкости, чтобы обеспечить высокоэффективное охлаждение рабочей поверхности. Как известно, жидкость значительно эффективнее, чем воздух в плане хранения и передачи тепла. Так что переход на прямоконтактные системы жидкостного охлаждения, теплообменники которых крепятся на центральные процессоры и прочие горячие элементы серверов, позволяет значительно снизить зависимость серверного оборудования дата-центра от дорого в плане эксплуатации и малоэффективного оборудования для кондиционирования воздуха и вентиляторов.

Представители компании CoolIT Systems, которая к настоящему времени успешно продала более двух миллионов систем жидкостного охлаждения, отмечают, что системы класса DCLC позволяют довести плотность размещения серверного оборудования до более чем 45 кВт из расчета на одну монтажную стойку. При этом достигается существенное снижение количество потребляемой инфраструктурой охлаждения ЦОД электроэнергии, а также появляется возможность повысить вычислительную мощность дата-центра без дополнительных капиталовложений в его физическое расширение.

«Сегодня на рынке представлено достаточно много решений для жидкостного охлаждения северов. Но многие из таких систем, в том числе систем охлаждения серверов погружением (иммерсионное охлаждение), требуют внесения существенных изменений в IT- и вспомогательную инфраструктуру ЦОД. Прямоконтактный подход лучше подходит для модернизации существующей инфраструктуры. Предлагаемый нами подход можно назвать достаточно простым. Наши системы класса DCLC используют относительно небольшие трубки, которые переносят холодную воду в направлении сервера, собирают генерируемое горячими чипами на матплате тепло и уносят его из дата-центра. Нам не нужны вентиляторы, чтобы удалять тепло, и кондиционеры, чтобы повторно охлаждать теплый воздух, покидающий серверы благодаря вентиляторам. Вместо этого мы может перемещать тепловую энергию за пределы дата-центр, где она может использоваться для решения самых разных задач – от топления льда на тротуарах до отопления соседних офисных помещений ,» отметил генеральный директор и главный технический директор CoolIT Systems Джефф Лион.

Прямоконтактная система жидкостного охлаждения серверов под названием Rack DCLC от компании CoolIT Systems состоит из трех подсистемных модулей: водоблоки для сервера, трубопроводы и внешний теплообменник. Серверный модуль может охладить любую комбинацию из процессоров, GPU-укорителей, сопроцессоров и чипов оперативной памяти. При этом поддерживаются самые разнообразные комплектующие и компоненты серверов. Трубопроводный модуль организует обмен жидкости между внешним теплообменником и серверным модулем. Он комплектуется специально разработанными быстроразъёмными соединениями, позволяющими при необходимости осуществлять горячую замену любых серверов. И, наконец, модуль внешнего теплообменника призван передавать во внешнюю среду генерируемое серверами тепло. Он поставляется в двух конфигурациях: либо жидкость-жидкость, либо жидкость-воздух.

DCLC в действии

Системы класса DCLC берут на вооружение операторы ЦОД по всему миру. Примером успешной реализации этой технологии является Познантьский центр суперкомпьютерных вычислений в Польше. Развертывание массива Rack DCLC там завершилось в мае 2015 года. Польские специалисты решили совместить свои блейд-серверы с модулями DCLC для охлаждения процессоров и оперативной памяти. Этот подход позволил удалять 80% генерируемого серверами тепла с помощью контура системы жидкостного охлаждения.

В июне этого года подобное оборудование была развернуто в Центре анализа биологических секвенций при Техническом университете Дании. Массив Rack DCLC заменил собой традиционную систему воздушного охлаждения суперкомпьютерного вычислительного кластера, который также известен как Computerome и входит в рейтинг Top500. При этом DCLC-решения не только охлаждают вычислительные узлы внутри датского дата-центра, но и генерируют рабочую жидкость с высокой температурой, которая, в свою очередь , используется для нагрева соседних зданий в близлежащем городе Роскилле.

Преимущества DCLC

Концепция DCLC снижает зависимость от дорогих и занимающих много ценного пространства систем воздушного охлаждения, обеспечивая при этом достаточно быстрый возврат инвестиций за счет экономии на эксплуатационных расходах. По словам представителей CoolIT Systems, клиенты компании из числа операторов дата-центров, как правило, фиксируют снижение эксплуатационных расходов на 25% -30%.

Решение Rack DCLC характеризуется высокой совместимостью с современными аппаратными IT-экосистемами, что делает его простым в установке и обслуживании. Так, установка массива этих прямоконтактных систем жидкостного охлаждения серверов в Центре анализа биологических секвенций при Техническом университете Дании заняла всего несколько дней.

Концепция DCLC также способствует достижению максимальной производительности серверного оборудования, позволяя разгонять процессоры, сопроцессоры и профессиональные видеокарты. Благодаря этому значительно повышается общая вычислительная мощность дата-центра при несущественном росте потребления электроэнергии и нулевых дополнительных затратах на серверную и вспомогательную инфраструктуру.

Генеральный директор CoolIT Systems отмечает, что стандартные системы кондиционирования воздуха в средне- и долгосрочной перспективе никуда не денутся и будут по-прежнему использоваться в ЦОД. Но при этом они будут играть все меньшую роль, уступая место системам жидкостного охлаждения, которые, в свою очередь, будут становиться доминирующим на рынке продуктом. Топ-менеджер полагает, что дата-центры будущего будут часто комплектоваться инновационными гибридными решениями, сочетающими технологию DCLC с другими разработками вроде низкопрофильных теплообменников класса RDHx (Rear-Door Heat Exchanger), которые предназначаются для встраивания в дверцу на монтажной стороне серверной стойки и также используют жидкостное охлаждение.