На фоне устойчивого повышения производительности вычислительных систем и, как следствие, роста их тепловыделения проблема обеспечения эффективного охлаждения электроники внутри дата-центров при одновременной минимизации эксплуатационных расходов становится все более актуальной. По мнению инженеров британской компании Iceotope, будущее индустрии ЦОД за системами охлаждения путем погружения электроники в диэлектрические жидкостные хладагенты. Чтобы продемонстрировать все преимущества систем иммерсионного охлаждения, вендор и его партнеры провели специальную пресс-конференцию для журналистов в британской столице Лондоне. Наибольшего интереса со стороны посетителей мероприятия удостоился первый серийный продукт вендора под названием PetaGen, который компания впервые продемонстрировала еще в ноябре при поддержке Intel.
Преимущества иммерсионного охлаждения ЦОД
Выступая на мероприятии, основатель Iceotope Питер Хоптон сказал, что система иммерсионного охлаждения ЦОД PetaGen имеет множество преимущество вперед стандартными аналогами, включая возможность стабильного разгона CPU серверов, эффективное охлаждение вычислительных систем с высокой плотностью размещения комплектующих, высокую энергоэффективность, а также низкий уровень шумового загрязнения. Кроме того, продукт имеет дополнительное преимущество в форме возможности использования излишков тепла для организации отопления и горячего водоснабжения соседствующих с ЦОД зданий.
“Современные дата-центры в большинстве своем крайне расточительны в плане использования электроэнергии. Их вклад как в местную, так и в мировую экономику во многих случаях нивелируется неэффективным использованием электричества и других ресурсов, а также негативным влиянием на окружающую среду. Сбор и использование для отопления и горячего электроснабжения излишков генерируемого серверами внутри дата-центров тепла может сделать серверные фермы более полезными для людей, так как с их помощью будут снижаться расходы на эксплуатацию расположенных неподалеку от ЦОД жилых домом и офисных комплексов “, сказал Хоптон в ходе пресс-конференции.
Долгий путь к серийному образцу
Многие сотрудники компании Iceotope еще до ее формирования активно работали над системами жидкостного охлаждения для блейд-серверов. Первый прототип своей системы иммерсионного охлаждения британский вендор представил в 2010 году. Впоследствии прототипы многократно дорабатывались и модифицировались. На их тестирование и оптимизацию было потрачено огромное количество времени. В конечном итоге вендор создал серийный продукт под названием PetaGen.
Эта система иммерсионного охлаждения серверов в настоящее время проходит тестирование в рамках 16 крупных проектов на базе действующих дата-центров, операторы трех из которых уже выразили готовность осуществить полный перевод своей инфраструктуры на новую технологию охлаждения.
Мнения операторов ЦОД, которые уже перешли на PetaGen
Одним из клиентов британского вендора является Лидский университет. Представитель учебного заведения профессор Джон Саммерс, присутствовавший на пресс-конференции, также отметил, что современные вычислительные системы используют огромное количество электроэнергии. По словам Саммерса, по энергопотреблению индустрия ЦОД уже обгоняет авиационную промышленность. Если текущий тренд сохраниться, то к 2020 году на долю всех серверных ферм планеты приходится четыре процента мировых выбросов парниковых газов.
Профессор Лидского университета отметил, что в случае серверов со стандартными системами воздушного охлаждения потребуется 55 ватт для удаления двух киловатт генерируемого машинами тепла. Прим это воздух должен перемещаться со скоростью 100 литров в секунду. Системы иммерсионного охлаждения выгодно отличаются от воздушных аналогов, так как жидкость может удалить такое же количество излишней тепловой энергии, используя при этом только один ватт электроэнергии.
В случае применения Iceotope PetaGen или других аналогичных продуктов излишнее тепло может передавать на большое расстояние для последующего повторного использования. При этом серверы эффективно охлаждаются в автоматическом режиме без использования фальшпола, что снижает уровень капитальных затрат при возведении ЦОД и позволяет развертывать полноценную серверную ферму даже внутри помещений стандартных офисных комплексов.
Мнения рыночных аналитиков о перспективах PetaGen
Как отметил присутствовавший на лондонском мероприятии аналитик из европейского филиала исследовательской компании 451 Research Эндрю Донохью, количество предоставленных на мировом рынке систем прямого жидкостного охлаждения постоянно увеличивается. Такие продукты присутствуют в ассортименте среди прочего следующих фирм: Green Revolution Cooling, Asetek, Chilldyne и LiquidCool. Донохью отметил, что концепцию иммерсионного охлаждения пока еще сложно назвать массовой (соответствующие продукты применяются преимущественно при развертывании дорогих и мощных HPC-решений), но релиз PetaGen может все изменить.
По словам Донохью, перевод инфраструктуры ЦОД на систему жидкостного охлаждения стандартного типа (кода сервер не погружается в хладагент, при этом его компоненты охлаждаются с помощью отдельных водоблоков / теплообменников ) в большинстве случаев означает “создание единой точки отказа в дата-центре”, потому что выход из строя той же помпы, благодаря которой циркулирует хладагент, может одновременно повлиять на многие системы. Но благодаря особенностям концепции, которая легла в основу Iceotope PetaGen, этого можно избежать. Ведь хладагент, в которые погружены серверы, обменивается излишней тепловой энергией с вешней средой главным образом за счет конвекции.
Эксперт подчеркнул, что многие представители индустрии ЦОД довольно успешно используют альтернативные концепции сокращения энергопотребления систем охлаждения серверных ферм. Ярким примером может быть концепция использования наружного воздуха (фрикулинг), которую уже давно применяет соцсеть Facebook. Некоторые вендоры разрабатывают серверы, которые могут работать при более высокой температуре. При этом большинство крупных поставщиков IT-оборудования в настоящее время изучают потенциал жидкостного охлаждения. В число таких вендоров входят среди прочего IBM, HP и Dell.
Как работает система иммерсионного охлаждения PetaGen
Система иммерсионного охлаждения Iceotope PetaGen использует экзотический жидкий хладагент под называнием Novec, разработанный компанией 3М. Эта непроводящая электроток жидкость рассеивает тепло, вырабатываемое компонентами вычислительных узлов, за счет конвекции. Все блейд-серверы полностью погружаются внутрь герметичного контейнера с форм-фактором монтажной стойки. Корпус комплектуется дополнительной помпой, которая при необходимости ускоряет циркуляцию хладагента.
При необходимости использования излишков тепловой энергии для организации горячего водоснабжения или отопления соседствующих с дата-центром жилых домов или офисных комплексов первичные контуры герметичных контейнеров PetaGen, внутри которых циркулирует жидкость Novec, можно подключать к вторичным контурам, внутри которых циркулирует вода. Осуществляется это с использованием простых теплообменников.
Внутри одного корпуса Iceotope PetaGen можно разместить до 72 блейд-серверов. На лондонском мероприятии журналистам демонстрировалась полностью укомплектованная система, каждый блейд внутри которой имел матплаты с двумя сокетами. Внутри советов были размещены новейшие процессоры Intel Xeon E5-2600 v3. Хоптон постарался прилечь внимание собравшихся к этому достижению, заявляя, что столь высокая плотность размещения машин позволяет добиться огромного снижения капитальных расходов на возведение ЦОД.
Хоптон также сказал, что система иммерсионного охлаждения позволяет процессорам постоянно работать в режиме Turbo Boost (автоматическое повышение тактовой частоты) при необходимости, обеспечивая дополнительную вычислительную мощность при развертывании платформ для высокопроизводительных вычислений.
По его словам, данная технология позволяет выходить на коэффициент эффективности использования электроэнергии (Power Usage Effectiveness; PUE) на уровне 1.05 единицы, притом что средний по индустрии ЦОД коэффициент PUE составляет около 1.5 единицы.
