Water cooler с водой

«Новая волна»: почему охлаждение водой в ЦОД набирает популярность

Согласно прогнозам Stratistics MRC, к 2023 году стоимость рынка технологий водяного охлаждения в ЦОД достигнет 4,55 млрд долларов. Под катом разбираемся в причинах роста спроса на такие разработки и рассказываем о самих технологиях, которые развиваются в этой области.

Одна из причин роста рынка — увеличение объемов обрабатываемых данных. Согласно исследованию IDC, к 2025 году объем данных, генерируемых человечеством, составит 163 зеттабайта. С ростом объемов данных растет и нагрузка на серверы в дата-центрах, особенно в тех, что занимаются высокопроизводительными вычислениями (HPC). Для охлаждения таких систем обычных воздушных установок уже недостаточно.

Например, для охлаждения тензорных процессоров Google (TPU), которые заточены под TensorFlow, ИТ-гиганту впервые пришлось использовать воду. Из-за того, что новое поколение процессоров (TPU 3.0) отличается мощностью и высоким энергопотреблением, воздушное охлаждение оказалось для них неприменимо.

Почему воздушное охлаждение уступает водяному

Клайв Лонгботтом (Clive Longbottom), директор по сервисному обслуживанию аналитической компании Quocirca, отмечает, что воздух не настолько хорош в качестве теплоносителя: по сравнению с водой он от 50 до 1000 раз хуже отводит тепло от оборудования.

Кроме того, традиционные установки для воздушного охлаждения занимают больше места и потребляют больше энергии. А это сказывается и на счетах за электричество. Поэтому в машинных залах дата-центров, где постоянно повышается плотность оборудования, использовать воздух для охлаждения становится невыгодно. По этой причине вентиляторы в ЦОД Агентства национальной безопасности США заменили системой иммерсионного охлаждения (о других альтернативных решениях мы писали в одном из постов).

Вали Сорелл (Vali Sorell), президент компании Sorell Engineering, занимающейся техническим проектированием зданий и прокладкой инженерных коммуникаций, и Марк Хурикен (Mark Hourican), управляющий партнер консалтинговой компании Syska Hennessy Group, полагают, что ЦОД-индустрия пока не готова взять и полностью отказаться от «инвестиций в воздух» и целиком перейти на охлаждение водой. В этом случае придется полностью перестраивать всю инфраструктуру ЦОД, что довольно дорого.

Однако компании, которым приходится работать с большими нагрузками, уже разрабатывают и применяют жидкостные системы охлаждения.

О технологиях жидкостного охлаждения ЦОД

Иммерсионное охлаждение. Одна из множества технологий жидкостного охлаждения — иммерсионное охлаждение (о котором мы уже рассказывали в блоге). Технология подразумевает полное погружение оборудования в специальную масляную среду. Главное достоинство технологии в том, что масло имеет более высокую теплопроводность, по сравнению с воздухом. Это помогает системе эффективнее поглощать тепло и удалять его избытки.

В 2015 году систему для погружного охлаждения представили Horizon Computing: в компании разработали специальный бокс для серверов, который заполняется минеральным маслом. Конструкция бокса поддерживает оптимальную температуру оборудования с помощью конвекции. Такой «контейнер» способен работать на улице без кондиционеров, а низкие затраты на изготовление и незамысловатый дизайн бокса позволяют использовать его без изменения инфраструктуры дата-центра.

Непрямое жидкостное охлаждение. Эту технологию уже используют в ЦОД Facebook: в начале июня компания продемонстрировала, как новая система охлаждения сделала ЦОД в Северной Каролине более энергоэффективным.

Представители Facebook отмечают, что в некоторых дата-центрах использовать фрикулинг невозможно из-за суровых природных условий или высокого уровня загрязнения воздуха (с этой проблемой, например, борются в Китае). Поэтому компания приняла решение разработать систему непрямого жидкостного охлаждения.

В основе системы лежит технология испарительного охлаждения. Вода для системы охлаждается в специальном теплообменнике, испаряясь через особый мембранный слой. Затем она охлаждает воздух внутри дата-центра, сохраняя оптимальную температуру серверов (схему работы технологии можно посмотреть в посте из блога Facebook).

Тестирование системы показало, что она способна уменьшить потребление воды в ЦОД на 20% (в местах с жарким и влажным климатом) и на 90% (в умеренных и холодных климатических условиях).

/ фото poolie CC

Теплообменники на задней части серверной стойки. В этом случае охлаждённая вода поступает непосредственно к стойке с оборудованием, удаляя избытки тепла. Эту технологию используют Lenovo в своем проекте Neptune: теплообменники уже применяют 30% клиентов компании для своих HPC-систем.

Помимо упомянутого теплообменника, в проект Neptune входят теплообменный модуль (Thermal Transfer Module) и система непосредственного охлаждения узлов (Direct to Node Cooling).

Модуль использует жидкость из теплопоглощающего резервуара, чтобы по специальным трубкам переместить избытки тепла от процессора в область с разреженным воздухом. Система имеет компактные размеры, потому позволяет уменьшить традиционный гул в серверной. А система непосредственного охлаждения доставляет холодную воду прямо к узлу и «снимает» лишнее тепло с ключевых компонентов системы.

Будущее технологий водяного охлаждения

Как говорят эксперты отрасли Сорелл и Хурикен, воздушное охлаждение полностью уступит водяному свое место тогда, когда применять его будет совершенно невыгодно или невозможно (например, из-за физических ограничений дата-центров). Однако специалисты прогнозируют, что переход не будет единовременным. Сперва распространятся гибридные технологии (например, системы на базе испарительных охладителей, как в Facebook), а затем уже будет осуществлен переход на прямо охлаждение с помощью воды.

В Lenovo также надеются, что применение водяного охлаждения выйдет за рамки HPC-систем и станет популярным среди обычных ЦОД. Для этого компания будет работать над снижением стоимости их реализации. Их цель — сделать системы водяного охлаждения дешевле и доступнее для обычных компаний.

Источник

Кулер или система жидкостного охлаждения — что лучше?

Содержание

Содержание

Одним из важных элементов в современных ПК является система охлаждения. Любому процессору, будь то бюджетный или топовый, требуется охлаждение для поддержания рабочей температуры на безопасном уровне. Обычно с процессором поставляется кулер, и его охлаждения бывает достаточно, чтобы выполнить нетребовательные задачи, но в мощных ПК используют куда более эффективные системы охлаждения.

Охлаждать центральный процессор можно разными способами, например, кулером или системой жидкостного охлаждения (СЖО), в том числе кастомной (собранной из отдельных компонентов СЖО). Кастомная Система жидкостного охлаждения лучше всего справится с самыми горячими процессорами и позволит добиться максимального результата, но правильно выбрать все необходимые компоненты, а затем их установить — задача не из простых. Конечная стоимость и вовсе может отпугнуть.

Возникает логичный вопрос, что выбрать. Для ответа на него ознакомимся с основными различиями между кулером и системой жидкостного охлаждения.

Принцип работы

Кулер состоит из двух основных компонентов: радиатор и вентилятор. В недорогих моделях радиатор изготавливают из алюминия, в дорогих — из меди. На поверхность процессора радиатор устанавливают при помощи пластины, фиксаторов или крепежных модулей. Радиатор увеличивает площадь теплового контакта процессора. Тепло рассеивается по множеству металлических ребер радиатора, которые охлаждаются с помощью вентилятора.

Система жидкостного охлаждения устроена сложнее. Ее основными компонентами являются: водоблок, радиатор, вентилятор, помпа и шланги, по которым движется хладагент. От центрального процессора тепло передается водоблоку. Хладагент передает его по шлангам на радиатор, который и рассеивает тепло. Вентиляторы охлаждают радиатор.

За движение жидкости отвечает помпа. В качестве хладагента зачастую выступает дистиллированная вода, которую смешивают с различными антикоррозийными добавками. Также производители предлагают готовые жидкости, которые остается только залить в систему.

Установка и профилактическое обслуживание

Кулер отличается простотой в обслуживании. Его легко установить, однако стоит учитывать тип разъема питания. Для поддержания работоспособности достаточно чистить кулер от пыли и смазывать. Можно с легкостью дополнить систему еще одним или несколькими вентиляторами.

Системы жидкостного охлаждения можно купить в комплекте, собранном производителем (AIO от английского «all in one» — «все включено») и сразу готовом к использованию, либо составить комплект самостоятельно. Серийные системы бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми. Разница в них небольшая: в обслуживаемых можно долить жидкость или полностью заменить ее, а необслуживаемые лишены этой возможности.

Для установки СЖО потребуется дополнительное пространство внутри системного блока. Тем не менее, она охлаждает центральный процессор лучше, чем большинство воздушных кулеров. Система жидкостного охлаждения имеет более привлекательный внешний вид, особенно если дополнить ее прозрачными трубками и RGB-подсветкой.

В преимущества кастомной системы также можно записать бесшумную работу, красивый внешний вид и эффективное охлаждение. Вы можете собрать систему под свои нужды, а в дальнейшем проапгрейдить ее до нового уровня. Любые элементы системы можно заменить на более мощные, либо включить в СЖО дополнительные компоненты. Возможности таких систем ограничиваются исключительно кошельком владельца.

Но следует учесть, что кастомную систему сложно выбрать и установить. Перед покупкой придется тщательно изучить совместимость компонентов СЖО и компьютера, подобрать их в соответствии с тепловыделением процессора, не промахнуться с размерами, а также удостовериться в надежности каждого элемента. Конечный результат зависит от опыта и прямоты рук того, кто ее собирает.

Если вы готовы потратить несколько часов, а то и дней на подборку компонентов и сборку кастомной сжо, то рекомендуем ознакомиться со статьями о кастомном охлаждении компьютера и о том, как организовать кастомное СЖО на шлангах и трубках. Они помогут вам с выбором и установкой комплектующих.

Профилактическое обслуживание СЖО более трудоемко, чем обслуживание кулеров. Так, жидкость со временем теряет свои свойства, добавки оседают на трубках, что может привести к поломке системы. Трудности могут возникнуть с необслуживаемыми системами, где невозможна чистка или замена компонентов. В обслуживаемых и кастомных СЖО предусмотрена замена хладагента и комплектующих: время от времени придется полностью осушать систему, разбирать ее, промывать трубки и шланги, очищать радиатор и водоблок, а затем снова собирать, не забывая проверять систему на утечки.

Уровень шума

Работа вентиляторов достаточно шумная — уровень шума может превышать 45 дБ. Если пренебрегать профилактическим обслуживанием, кулер будет работать еще громче. Кроме того, из-за своих размеров кулер может мешать установке других компонентов или перекрыть доступ к ним внутри системного блока. При этом вентилятора меньшего размера, который будет работать тише, может оказаться недостаточно для эффективного охлаждения.

Системы жидкостного охлаждения выгодно отличаются от кулеров низким уровнем шума. У современных моделей он обычно не превышает 25 – 40 дБ. В СЖО при работе шумит помпа, однако шум все равно не такой громкий, как во время работы кулера. Уменьшить шум можно, если тщательно продумать компоновку системы на этапе сборки.

Недостатки

Главным недостатком систем жидкостного охлаждения является цена. СЖО стоят заметно выше, чем кулеры. Как и следовало ожидать, дороже всего обойдутся кастомные системы жидкостного охлаждения. Однако высокая стоимость оправдана возможностью тонкой настройки «под себя», особой эстетикой, особенно в кастомных сборках, а также более эффективным охлаждением. Цены на кулеры будут ниже, однако следует учитывать, что производительность кулеров соответствует их стоимости. Зато и установить их значительно проще.

Второй минус также относится к СЖО — это сложность обслуживания. Установка и техобслуживание таких систем требуют времени, опыта и прямых рук. Возможна утечка хладагента, которая повлечет выход из строя различных компонентов компьютера. Больше всего в этом случае рискуют системы кастомной сборки. Самые надежные — необслуживаемые системы. Утечки хладагента возможны даже в том случае, если вы выбираете очень надежную и дорогую модель СЖО от известной компании. Поэтому при установке и обслуживании систем жидкостного охлаждения необходимо тщательно проверять все узлы.

Основной недостаток кулера заключается в том, что его размеры прямо пропорциональны эффективности. Небольшой вентилятор не сможет качественно охладить процессор. А некоторые модели, помимо внушительных габаритов, имеют слишком большой вес, из-за чего материнская плата под ними может деформироваться.

Еще один недостаток кулера, о котором уже говорилось выше, — уровень шума, который со временем может усиливаться.

Эффективность

Будет ли водяное охлаждение эффективнее, чем воздушная система? В большинстве случаев — да. Конечно, можно найти кулеры, которые превосходят показатели недорогих систем жидкостного охлаждения. Но чаще всего жидкостное охлаждение будет более эффективным. В первую очередь это связано с тем, что вода имеет большую теплопроводность, чем воздух. Кроме того, в СЖО находится больший объем хладагента и он быстрее циркулирует по системе, а следовательно, лучше охлаждает центральный процессор.

Но нужна ли вам дополнительная охлаждающая способность СЖО? Для центрального процессора, который работает на заводских тактовых частотах и напряжении, хватит и воздушного охлаждения. Даже если вы планируете легкий разгон, воздушное охлаждение вполне может с ним справиться. В игровых компьютерах также можно ограничиться установкой кулера, поскольку процессор практически не задействуется и, соответственно, не перегревается. СЖО требуется для топовых версий процессора, либо когда процессор доведен до предела и работает в экстремальных условиях.

Система жидкостного охлаждения более эффективна, но преимущество кулеров в том, что они более надежны, просты в обслуживании и доступны: разница в стоимости СЖО и вентиляторов может составлять несколько тысяч рублей.

Источник