Революционная система охлаждения погружением в жидкость для серверного оборудования, которая может существенно сократить общий объем углекислого газа, попадающего в атмосферу при эксплуатации дата-центров, проходит испытание в Университете Лидса.

В большинстве компьютеров для охлаждения электроники используется воздух, при этом все компоненты нового сервера, который тестируют британцы, полностью погружены в жидкость. Жадные до электроэнергии вентиляторы традиционной вычислительной техники заменены на тихую систему иммерсионного охлаждения, действие которой опирается на принцип естественной конвекции.

Но важность испытаний нового сервера Iceotope заключается не столько в новизне самой конструкции, сколько в возможности добиться существенного снижения потребления электроэнергии серверами в дата-центрах, которые, по сути, являются основой современного общества, основанного на использовании интернет. Разработчики Iceotope подсчитали, что использование системы иммерсионного охлаждения в сервере сокращает расход электроэнергии на охлаждение на 80 – 97 процентов.

Специалисты британской компании Iceotope спроектировали и построили свой новый сервер, работая в тесном сотрудничестве с командой исследователей во главе с доктором Джоном Саммерсом с факультета машиностроения Лидского университета. Первая готовая к коммерциализации система на днях была установлена в университете после двух лет испытаний демонстрационных моделей и прототипов.

Доктор Саммерс, чья команда использовала моделирование гидродинамических процессов, чтобы понять, как охлаждающая жидкость проходит через компоненты нового сервера, отметил: “Хладагент, который мы используем, является крайне необычайной жидкостью. Вы можете бросить свой мобильный телефон в наполненную этой жидкостью ванну, и телефон будет отлично работать. Но самым полезным свойством этой жидкости для будущего развития вычислительных систем и интернет-индустрии является то, что в плане теплопроводности она более чем в 1000 раз эффективнее, чем воздух”.

“Охлаждения серверов традиционно осуществляется с помощью вентиляторов и кондиционеров, но воздух отличный теплоизолятор. Мы используем его в двойных стеклопакетах в своих квартирах. Зачем применять его для охлаждения серверов?” добавил он.

Используемая в качестве хладагента негорючая жидкость называется 3M Novec. Она легко конденсируется из газообразного состояния в жидкое. Хладагент 3M Novec характеризуется очень низкой точкой кипения. Он может свободно контактировать с электроникой без каких-либо негативных последствий, поскольку жидкость не проводит электричество.

В системе Iceotope нет какого-либо эквивалента шумным вентиляторам, которые требуются в традиционных компьютерах и серверах. Нет там и сложных насосов, используемых для организации циркуляции теплоносителя по системе. Вместо всего этого тут есть крайне простой насос низкой мощности, расположенный в нижней части корпуса серверной системы. Он перекачивает вторичный теплоноситель (вода) в верхнюю часть Iceotope, затем вода каскадом стекается вниз по всем 48 модулям охладительной системы под воздействием силы тяжести.

Вторичный теплоноситель заканчивается в теплообменники внутри серверного шкафа для передачи тепла третичному и последнему теплоносителю. Эта низкокачественная охлаждающая жидкость циркулирует по внешнему контуру, отводя созданное сервером тепло за пределы помещения. Кроме того, инженеры предусмотрели возможность повторного использования излишков тепла.

Третичная охлаждающая жидкость может быть извлечена из источников так называемой “серой воды” (дождевая или речная вода), что снижает общее негативное воздействие сервера на окружающую среду. Благодаря высокой эффективности системы охлаждения, температура отводимой воды может достигать 50 градусов Цельсия. Именно поэтому жидкость может быть использована для отопления и других целей.

Мощность системы охлаждения Iceotope составляет всего 80 ватт. При этом она может эффективно охлаждать IT-оборудование мощностью до 20 киловатт. Кроме того, использование такого сервера устраняет необходимость во вспомогательных подсистемах дата-центров, таких как система кондиционирования и вентиляции, а также системы контроля влажности и очистки воздуха.

Еще один представитель факультета машиностроения Лидского университета, доктор Никил Капур, отметил: “Тот факт, что это полностью закрытая система, дает нам целый ряд недоступных ранее возможностей. Система не взаимодействует с окружающей средой, как в случае воздушного охлаждения серверов, так что вы можете использовать ее в самых экстремальных условиях. Например, в пустыне. Кроме того, она полностью бесшумна. Вы могли бы использовать ее на подводной лодке или в классной комнате. Среди других преимуществ такого охлаждения можно называть улучшенную герметичность, которая исключает попадание пыли в части системы, а также меньшее число разъемов по сравнению с традиционными аналогами”.

Специалисты ресурса Datacenter Dynamics отмечают, что в 2011 году мощность дата-центров всего мира составляла 31 гигаватт. Это эквивалентно примерно половине от общего объема пикового потребления электроэнергии в Великобритании. Согласно прогнозу аналитиков международной консалтинговой компании McKinsey & Company, к 2020 году объем выбросов углекислого газа в связи с эксплуатацией дата-центров вырастет в четыре раза. Исследователи авторитетного издания The New York Times в минувшем сентябре опубликовали статью, в которой индустрия ЦОД подверглась критики за свою низкую экологичность. Это приковало внимание широкой общественности к данной проблеме.

Каждый третий житель планеты, так или иначе, использует вычислительные мощности ЦОД. А их общее количество растет примерно на 15 процентов в год. Именно поэтому переход дата-центров на систему Iceotope или ее аналоги будет крайне полезен для всех нас. Подобные технологии разрабатывались в течение многих лет, но именно сейчас настала пора их коммерциализации.

Системы иммерсионного охлаждения от конкурентов Iceotope

Не только британцы занимаются реализацией данной идеи. В конце минувшего года Facebook приступила к проведению испытаний аналогичной системы на базе диэлектрического хладагента, в качестве которого инженеры использовали минеральное масло. Испытания оказались успешными. Тем не менее, компания пока не объявила о масштабном переводе своих ЦОД на иммерсионное охлаждение, хотя данный метод, несомненно, позволил бы сэкономить огромные деньги на фальшполах и системах кондиционирования.

В прошлом году аналогичную технологию опробовала Intel. Компания использовала жидкость на масляной основе. Инженерам удалось заставить серверы работать с коэффициентом эффективности использования энергии (PUE) в пределах 1.02 – 1.03, при этом каких-либо негативных эффектов от применения масла зафиксировано не было. Подобного уровня энергоэффективности можно достичь и при помощи традиционных методов воздушного и жидкостного охлаждения, но выполнение такого рода задачи может потребовать серьезных усилий со стороны инженеров и обойдется недешево. Система под названием CarnotJet была разработана компанией Green Revolution Cooling. Она тестировалась в дата-центре Intel в Нью-Мехико.

Аналогичное решение представила многопрофильная международная корпорация 3M. Она продемонстрировала двухфазную систему охлаждения серверного оборудования, где вскипающая жидкость (все та же 3M Novec) охлаждает теплопередающие поверхности, а затем конденсируется для повторного использования. Система не использует насосов. Инженеры 3M оснастили каждый процессор медной пластиной, которая предварительно была покрыта материалом, улучшающим закипание и повышающим эффективность передачи тепла. После испарения хладагент попадает на охлаждаемый водой конденсатор, а затем он снова переходит в жидкое состояние и повторно применяется для охлаждения серверного оборудования.

Русские инженеры не отстают от коллег из-за рубежа. В декабре прошлого года появилась информация о разработке Института программных систем РАН и компании “Сторус”. Инженеры создали систему охлаждения, которая основана на погружении вычислительных узлов в специальную жидкость. Разработка системы велась два года.