Microsoft патентует герметичный дата-центр для эффективной передачи тепла

Инженеры Microsoft получили патент на герметичный центр обработки данных, газ внутри которого находится под высоким давлением. Ожидается, что эта технология позволит организовать гораздо более эффективную передачу тепла, чем традиционные подходы.

В заявке на соответствующий патент (US 10426062), поданной ранее в Ведомство по патентам и товарным знакам США (United States Patent and Trademark Office; USPTO), говорится следующее: «В некоторых дата-центрах используются радиаторы и вентиляторы с электрическими моторами (которые могут потреблять значительное количество электроэнергии)».

«В случае более высоких уровней мощности требуются контуры жидкостного охлаждения и резервуары для охлаждения погружением в жидкость (которые могут быть дорогостоящими, при этом их эксплуатация может быть сопряжена с о рисками), а также более дорогие решения для теплоотвода […] Необходима система для эффективного улучшения охлаждения ЦОД без дорогостоящего дополнительного оборудования» , отмечается в документе.

Эта система, как полагают авторы патента, представляет собой герметически закрытый центр обработки данных, заполненный газом под высоким давлением. Более высокое давление делает тот же воздух более плотным и увеличивает его теплоемкость. Следовательно, растет и количество тепла, которое он может удалить из IT-системы.

Патент предусматривает широкий выбор газов, которые могут нагнетаться внутрь ЦОД и находиться под разными давлениями: «В некоторых вариантах реализации газ может находиться под давлением в диапазоне от, по меньшей мере, двукратно превышающего стандартное давление до пятикратно превышающего стандартное давление» Обучающий курс по программированию на Си.

Упомянутые в документе газы включают обычный воздух (содержащий азот, кислород, аргон и диоксид углерода) или инертные газы, такие как чистый азот (N2), диоксид углерода (CO2), гексафторид серы / шестифтористую серу (SF6) и комбинации вышеуказанного.

На прилагаемой к тексту патента схеме инженеры Microsoft продемонстрировали потенциальные преимущества различных газов при разных давлениях в разрезе таких показателей как теплопередача и мощность вентилятора:

К слову, гексафторид серы — это инертный газ с высокой молекулярной массой, уже используемый в качестве диэлектрической среды для высоковольтных автоматических выключателей, электрораспределительных устройств и другого электрического оборудования.

В патенте Microsoft говорится, что в герметично изолированных центрах обработки данных, заполненных SF6, вентиляторы могут работать с мощностью на 75% ниже стандартных уровней, а передача тепла происходит почти в семь раз эффективнее.

Однако, хотя SF6 не является легковоспламеняющимся и считается нетоксичным, он является наиболее мощным парниковым газом. По оценкам Межправительственной группой экспертов по изменению климата, показатель под названием ПГП (потенциал глобального потепления) за 100-летний период в его случае в 23.9 тыс. раз выше, чем у CO2. Предполагаемое время жизни в атмосфере этого газа составляет 800 — 3200 лет.

Любая система, даже герметично изолированный закрытый центр обработки данных, неизбежно будет пропускать небольшое количество газа. К настоящему моменту утечки SF6 успели произойти на нескольких промышленных площадках, причем уровень концентрации данного газа в атмосфере увеличивается с каждым годом.

По данным электротехнической компании Eaton, которая производит помимо прочего и электрораспределительные устройства без SF6, в течение срока службы распредустройства, наполненного таким газом, уровень утечки может достигать 15 процентов.

Патент Microsoft не рассматривает риск утечек, но описывает систему управления газом, которая «может, в рамках определенных вариантов реализации, автоматически выполнять измерение давления (оценивать, является ли давление слишком низким или слишком высоким), осуществлять измерение состава газа (насколько чистым является газ), управление давлением (для увеличения или уменьшения давления), управление составом газа (для регулировки состава) и / или управление защитной дверью для доступа человека ( например, для обеспечения безопасности оператора)».

Предложение увеличить давление внутри ЦОД и использовать в здании нестандартные газы, позволяет предположить, что этот патент может использоваться при создании автономных дата-центров, требующих минимального обслуживания.

Однако вряд ли на данном этапе можно создать полностью автономный ЦОД. Именно поэтому патент оговаривает механизмы попадания людей внутрь центра данных для обслуживания и модернизации. Для этого требуются система «защитных дверей» для людей, блоки контроля давления и система управления газом.

Стоит отметить, что у Microsoft уже есть проект на продвинутой стадии, включающий автономный центр обработки данных внутри резервуара под высоким давлением. Речь об исследовательской инициативе Project Natick, о которой мы писали ранее.

Напомним, что специалисты компании затопили прототип дата-центра размером с транспортный контейнер у побережья Оркнейских островов в Шотландии. Цилиндрический ЦОД на 12 стоек заполнен газообразным азотом. Однако на сайте проекта отмечается, что система работает при давлении в одну атмосферу.

В новом патенте не обсуждается возможность погружения центра обработки данных в воду, и создается впечатление, что защитная дверь для доступа человека призвана отделять объект от наружного воздухопроницаемого помещения.

Автором нового патента значится менеджер по разработке передовых центров обработки данных в Microsoft Уинстон Сондерс. Ранее он более 20 лет проработал в Intel на различных должностях, в том числе в качестве директора по энергетическим инициативам для центров обработки данных.