Постоянным читателям ресурса TelecomBloger.ru не понаслышке известно о концепции иммерсионного охлаждения, которая предполагает оптимизацию температурного режима серверного оборудования путем погружения его в резервуары (герметичные или не совсем) с диэлектрическим жидким хладагентом. Одним из наиболее перспективных хладагентов считается Novec от компании 3М. Это негорючая, химически неагрессивная жидкость с отличными характеристиками с точки зрения теплопередачи. Данный продукт настоящее время используют многие вендоры, специализирующиеся на разработке и производстве систем иммерсионного охлаждения серверов.

Мы неоднократно писали о том, что широкомасштабное внедрение концепции иммерсионного охлаждения в целом и решений на базе хладагента Novec в частности позволит не только охлаждать серверное оборудование внутри дата-центров с меньшими затратами, но и обернется устранением неприятного шума вентиляторов, характерного для большинства современных машзалов.

К сожалению, внедрение решений на базе хладагента Novec по всему миру осуществляется довольно медленно. Как следствие, дата-центры все еще остаются довольно шумными, а на их охлаждение приходится расходовать баснословные суммы. Будем надеяться, что конкурирующий хладагент под названием Fluorinert Electronic Liquid FC-72 и основанные на нем системы охлаждения серверов погружением окажутся более успешными.

Над одной из таких систем иммерсионного охлаждения в настоящее время трудится команда инженеров и исследователей из Алабамского университета в Хантсвилле (США) во главе с Джеймсом Смитом младшим.

Участники исследовательской команды Алабамского университета в Хантсвилле (слева направо): Куонг Нгуен, Джеймс Смит младший и Сяолинь Ван

Исследователи уже успели запатентовать свои наработки, которые легли в основу системы пассивного охлаждения для компьютерных и серверных процессоров. Справедливости ради следует отметить, что в данном случае в хладагент погружается не весь сервер / десктоп, а лишь его самый горячий компонент: процессор.

Если верить расчетам американцев, широкомасштабное внедрение этой системы позволит нам ежегодно экономить более $ 6,3 млрд. на энергетических затратах, связанных эксплуатацией вентиляторов в составе процессорных кулеров.

Как уже отмечалось выше, вместо того чтобы использовать Novec, исследователи выбрали другой продукт корпорации 3M: хладагент Fluorinert Electronic Liquid FC-72. Этот непроводящий электроток, термически и химически стабильный жидкий охладительный агент идеально подходит для прямоконтактных систем охлаждения погружением (одно- и двухфазных).

Пассивное охлаждение

Ключевым преимуществом новой системы охлаждения является ее полная пассивность. Здесь даже не используется помпа для перекачивания хладагента. Как следствие, для охлаждения CPU не растрачивается электричество. При этом отпадание необходимости в использовании движущихся частей ведет к максимизации периода полезной эксплуатации продукта и позволяет свести к минимуму расходы на техобслуживание.

Переход на полностью пассивное охлаждение оказался возможным благодаря отличительным особенностям хладагента: Fluorinert Electronic Liquid FC-72 имеет отличные характеристики теплопередачи.

Для эффективного охлаждения процессора с помощью этой жидкости необходимо прохождение следующих шагов:

1. Тепло от процессора испаряет жидкость Fluorinert Electronic Liquid FC-72.
2. Легкий пар перемещается вверх к теплообменнику.
3. Хладагент передает свою тепловую нагрузку теплообменнику, который, в свою очередь, передает тепло окружающей среде (воздуху).
4. Удаление тепла приводит к конденсации Fluorinert Electronic Liquid FC-72 обратно в жидкость, которая стекает в сборный резервуар под теплообменником.
5. Из сборного резервуара жидкость Fluorinert Electronic Liquid FC-72 попадает к процессору, после чего цикл повторяется.

К настоящему моменту данная система была успешно протестирована при охлаждении процессоров Intel Pentium 4 и Intel Core i3.

Система пассивного охлаждения с теплообменником и сборным резервуаром наверху системного блока

Пассивное охлаждение против охлаждения с помощью вентиляторов

Сами разработчики позиционируют созданную ими пассивную систему охлаждения на базе жидкости Fluorinert Electronic Liquid FC-72 в качестве более продвинутой альтернативы твердотельным пассивным системам охлаждения, где процессор находится в тесном контакте с радиатором на базе металла с высокой теплопроводностью. В большинстве случаев такие системы дополняются вентиляторами, после чего из них получаются стандартные и наиболее распространенные системы воздушного охлаждения процессоров: кулеры.

На этой фотографии показано, как трубки для перемещения хладагента соединяются с мини-резервуаром на процессоре.

Специалисты Алабамского университета в Хантсвилле разработали три версии своей пассивной системы охлаждения CPU на базе хладагента Fluorinert Electronic Liquid FC-72. Эти модификации сутками работали без нагрузки и под нагрузкой (по 12 часов в каждом режиме). По итогам тестов инженеры сравнили результаты и выбрали наилучший вариант.

Они пришли к выводу, что вариант иммерсионного прямоконтактного охлаждения является оптимальным, позволяя стабилизировать температуру процессора на приемлемом уровне в течение всего периода испытаний.

Как известно, для современных центральных процессоров характерна приемлемая температура в диапазоне до 90 градусов по Цельсию (до 194 градусов по Фаренгейту). Эксперименты американцев показали, что хладагент Fluorinert Electronic Liquid FC-72 позволяет поддерживать температуру процессора на уровне 56 градусов по Цельсию (133 градусов по Фаренгейту).

Инженеры также отметили, что отказ от вентиляторов позволил им устранить шумы и вибрации, а также забывать про периодическую отчистку вентилятора от пылевых загрязнений. Еще одним преимуществом рассматриваемой пассивной системы охлаждения является то, что она позволяет инженерам убрать теплообменник подальше от процессора, высвобождая дополнительное пространство внутри корпуса машины и получая дополнительные возможности для компоновки материнских плат.

Другие потенциальные области применения

В пресс-релизе Алабамского университета в Хантсвилле по поводу новой запатентованной системы охлаждения упоминается, что хладагент Fluorinert Electronic Liquid FC-72 может быть эффективно использован для решения ряда других задач помимо охлаждения процессоров. Например, профессор Смит отметил, что данный продукт является хорошим кандидатом на охлаждение силовых транзисторов, используемых в интеллектуальных электросетях (Smart Grid).