Системы охлаждения вычислительного оборудования путем погружения его в жидкость появились уже достаточно давно и даже успели попасть на вооружение к компьютерным энтузиастам. Многие бесстрашные пользователи используют минеральное масло вместо обычного кулера, чтобы удалять излишнюю тепловую энергию, генерируемую разогнанными процессорными своих десктопов и рабочих станций.
Данная технология использует и при разработке аппаратного обеспечения корпоративного класса. Еще полтора десятилетия назад, когда тепловыделение процессоров было относительно небольшим, появились серверы корпоративного класса, конструкция которых предполагала погружение электроники (включая процессор с термопакетом в 35 ватт без радиатора), в резервуар с минеральным маслом от 3М с низкой точкой кипения (около 45 С). Этот резервуар сообщался с внешним тепловым электрическим охладителем для инициирования рециркуляции хладагента.
В этом году на выставке-конференции CES17 в Лас-Вегасе, штат Невада (США), компания GIGABYTE Server провела демонстрацию гораздо более продвинутой системы иммерсионного охлаждения для серверного оборудования.
Очевидно, что в таких системах нельзя использовать воду (разве что исключительно чистую / дистиллированную) по причине электропроводимости. Поэтому разработчики систем иммерсионного охлаждения предпочитают использовать инертные углеводородные соединения. Концепция предложенной GIGABYTE Server системы предполагает использование двухфазного хладагента, способного изменять фазовое состояние из жидкости в пар и обратно. Система не использует насосы. Инженеры решили сделать ставку на то, что испрявшийся газ будет конденсироваться и падать обратно в резервуар в форме жидкости, после чего процесс будет повторяться.
Систему GIGABYTE Server сложно назвать небольшой и маломощной. Эта вычислительна система, которая была погружена в хладагент от 3M, представляет собой полноценный и мощный сервер с 8 GPU-ускорителями и материнской платой на два процессора, а также 24 модулями памяти. Инженеры снабдили все это горячее и мощное «железо» лишь несколькими большими медными радиаторами на CPU / GPU-чипах. Причём они удалили радиаторы с силовых элементов, отвечающих за подачу электропитания и прилично нагревающихся.
Для охлаждения пара, который поднимается вверх внутри резервуара, используется массивный радиатор, расположенный внутри герметичной системы. Да, система герметична, но во время демонстрации инженеры вендора открывали корпус и помещали туда руки, чтобы показать ее безопасность. Также выяснилось, что система снабжена насосом для добавления / удаления углеводородного хладагента.
Ключевым преимуществом продукта GIGABYTE Server является более высокая эффективность по сравнению со стандартными воздушными системами охлаждения. При эксплуатации новинки нет необходимости в использовании массивных блоков кондиционирования воздуха внутри центра обработки данных. Также нет необходимости использования охлажденной воды, подающейся в прямоконтактные теплообменники на горячих чипах. Одним из немногих минусов в данном случае является возможное возникновение сложностей получение доступа к ценному вычислительному оборудованию для его замены или модернизации.
Вендор использует в качестве хладагента диэлектрическую жидкость из линейки галогенированных углеводородных соединений Novec от компании 3М. Представители компании отказались делиться информацией о точном наименовании используемого хладагента. Но присутствовавшие на мероприятии эксперты сходятся во мнении о том, что наиболее вероятным кандидатом является Novec 72DA.
Жидкость Novec 72DA представляет собой раствор, на 70% состоящий из 1,2-транс-дихлорэтилена, на 4-16% — из этилового эфира нонафторбутила, на 4-6% — из этилового эфира нонафторисобутила и других соединений. Жидкость имеет температуру кипения 45 ° С при очень низкой вязкости (0,4 сантипуаз – по сравнению с 0,89 сантипуаз для воды), а также характеризуется относительно низкой удельной теплоемкостью (1,33 Дж / г / К – по сравнению с 4,184 Дж / г / К для воды). Обычно предпочтительным является использование резервуаров с подобными хладагентами, сообщающих с конкурами, по которым циркулирует охлажденная вода. Но при удельной теплоемкости 1,33 Дж / г / К от этого можно отказаться.
Рассмотрим подробнее систему GIGABYTE Server. Внутри нее установлен процессор, который использует 140 ватт электричества. За 60 секунд он способен передать 8,4 кДж энергии от электричества в тепло. Это позволит поднять температуру одного килограмма жидкости (или 0,8 литра ввиду плотности на уровне 1,257 кг на литр) вверх на 7.24 C. Таким образом, доведение одного килограмма слегка охлажденного основного компонента Novec до кипения займет около 3 минут.
