LiquidCool: иммерсионное охлаждение серверов без спецрезервуара

Когда инженер Херб Зийн, который посвятил не один год своей жизни руководству крупнейшим оператором систем городского теплоснабжения в США, впервые увидел, как операторы центров обработки данных охлаждают свои серверы, он был потрясен. Как бывший инженер-термист Зийн был удивлен, что холодный воздух направляют на IT-оборудование через пол, притом что на промышленных объектах холодный воздух, как правило, подается сверху. Но еще что больше его удивило то, что охлаждающей средой был именно воздух, который сам Зийн использовал в качестве теплоизолятора, а не в качестве теплопроводника. Специалист подумал, что механизм охлаждения серверов можно улучшить. Было это в конце прошлого десятилетия.

Спустя некоторое время Зийн решил сменить профиль деятельности. Он и его бизнес-партнер продали компанию Thermal North America, которая занимается организацией холодного и горячего водоснабжения, а также обеспечением работоспособности систем распределения электроэнергии в 11 городах США. Покупателем выступила энергетическая компания Veolia Energy.

Зийну было ясно, что вскоре дата-центры станут одними из крупнейших потребителей электроэнергии. Его интерес в конечном итоге вылился в решение присоединиться к вновь созданной компании с головным офисом в Рочестере, штат Миннесота (США). Компания, которая получила название LiquidCool, первоначально специализировалась на разработке систем охлаждения нового образца для процессоров игровых компьютеров. Продукты вендора предполагали погружение электроники в диэлектрическую жидкость для последующего повышения тактовых частот (разгона) этого «железа». Зийн стал инвестором компании, затем вошел в состав ее правления, после чего занял пост генерального директор. В настоящее время инженер все еще занимает эту должность.

Впоследствии руководство компании LiquidCool решило не ограничиваться разработкой и производством механизмов для оптимизации температурных режимов игровых компьютеров и занялось экспансией в другие сегменты рынка оборудования для охлаждения электроники. Запатентовав 16 технологий (еще 24 заявки на получение патентов в настоящее время ожидают одобрения), вендор начал лицензировать свои технологии жидкостного охлаждения производителям электроники. При этом рынок СЖО для дата-центров является одной из главных целей американцев. К настоящему моменту компания лицензировала интеллектуальную собственность только одному разработчику IT-решений (летных тренажеров для пилотов, если точнее). Но недавно интерес в адрес технологий вендора продемонстрировал один из основных поставщиков IT-оборудования, а также поставщик модульных ЦОД.

Зийн говорит, что технологии LiquidCool позволяют выйти на более низкую совокупную стоимость владения (TCO), чем другие системы охлаждения дата-центров. Разработка американцев также позволяет повысить значительно плотность размещения серверов внутри монтажных стоек ЦОД и увеличить надежность дата-центра.

В сервере LiquidCool охлаждающая жидкость нагнетается непосредственно к самым горячим компонентам, в то время как ненаправленный поток охлаждает другие части машины

Примечательно, что вместо погружения серверов в специальные заполненные диэлектрической жидкостью резервуары размером с монтажную стойку, подход LiquidCool предполагает герметизацию каждого конкретного сервера и заполнение его специальным хладагентом. Таким образом, система получается в полной мере совместимой со стандартными монтажными стойками.

Охлаждающая жидкость, используемая молодой компанией, называется Core Coolant. Она нетоксична, характеризуется диэлектичностью и низкой плотностью. Данная жидкость может поглощать в 1400 раз больше тепла, чем воздух. Циркулируя внутри сервера, охлаждающая жидкость нагнетается непосредственно к самым горячим компонентам, в то время как другие части охлаждаются ненаправленным потоком хладагента. Жидкость периодически выводится из-за пределов сервера для отвода тепла. Нагревшийся хладагент с температурой до 113 градусов по Фаренгейту (до 45°C) размещается в испарительном охладителе жидкости, после чего его температура снижается. Затем жидкость возвращается внутрь сервера.

Тактика жидкостного охлаждения

В дополнение к возможности снижения совокупной стоимости владения ЦОД к числу самых больших преимуществ подхода LiquidCool относятся повышенная надежность и увеличение срока полезной эксплуатации IT-оборудования. В данном случае температура близ паяных соединений не меняется столь существенно, как в случае обычных систем охлаждения ЦОД, что помогает уменьшить риск выхода межсоединений из строя по причине чрезмерного теплового воздействия.

Коррозия электрических контактов также приостанавливается, потому что в случае использования технологии LiquidCool контакты не подвержены колебаниям температуры воздуха, ускоряющим окисление. В системе нет вентиляторов, так что какие-либо движущиеся части попросту отсутствуют. Это означает уменьшение риска отказа оборудования, а также позволяет минимизировать вероятность нарушения целостности электрических контактов из-за постоянной вибрации. Наконец, электроника не подвергается негативному воздействию электростатических разрядов, твердых частиц из окружающего воздуха и влажности.

Многие производители систем охлаждения вроде Asetek, Chilldyne, CoolIT Systems и Clustered Systems, а также корпорация IBM продают своим корпоративным клиентам решения для жидкостного охлаждения серверов, предполагающие использование теплообменников, которые крепятся на самые горячие элементы IT-систем. Иными словами, вместо затопления резервуара с электроникой охлаждающей жидкостью к центральному процессору сервера, чипу GPU-ускорителя и модулям ОЗУ крепятся элементы контура СЖО, по которому циркулирует охлаждающая жидкость.

По словам представителей LiquidCool, такой подход позволяет охладить только самые горячие компоненты, при этом серверам все еще нужны вентиляторы и кондиционеры для ограждения другой электроники, так что экономия пространства и электроэнергии не столь высокая, как могла бы быть в случае использования полноценной системы иммерсионного охлаждения серверов.

Альтернативные СЖО

Есть и другие механизмы оптимизации температурного режима IT-оборудования наподобие внутрирядных охладителей («холодная стена»). Конкуренты LiquidCool вроде Rittal предлагают своим клиентам подобные «холодные стены», где между монтажными стойками с IT-оборудованием установлены теплообменники типа вода-воздух, при этом холодный воздух выдувается в сторону серверов с помощью вентиляторов.

У вендора SprayCool есть система, которая распыляет диэлектрическую охладительную жидкость на электронику. По мере испарения жидкости она становится холоднее и охлаждает компоненты. Пар конденсируется и переходит в теплообменник.

Наиболее близкими по принципу действия решениям LiquidCool являются продукты американской компании Green Revolution Cooling и британской Iceotope. Оба вендора создают полноценные системы иммерсионного охлаждения серверов, которые предполагают погружение материнской платы и прочего «железа» в специальные резервуары (в случае Iceotope используется герметичный корпус) с теплоносителем. Тем не менее, конструкция этих продуктов делает невозможным использование стандартных монтажных стоек, а также предполагает использование весьма сложной дополнительной системы трубопроводов, по которым перемещается вода для охлаждения первичного диэлектрического хладагента.