Una tecnología que está cambiando fundamentalmente la forma en que los centros de datos y la informática de alto rendimiento disipan el calor se llama tecnología de refrigeración líquida por inmersión. Sumerge los componentes electrónicos de calefacción directamente en refrigerante aislante y utiliza el cambio de fase o la convección del líquido para eliminar el calor. En comparación con el enfriamiento por aire tradicional, puede tener una mayor densidad y eficiencia de disipación de calor y, al mismo tiempo, puede reducir significativamente el consumo de energía y el ruido. Creo que esto no es sólo una mejora de la solución de disipación de calor, sino también una de las vías técnicas clave para respaldar el desarrollo sostenible de futuras aplicaciones informáticas intensivas.
Por qué la refrigeración líquida por inmersión es más eficiente que la refrigeración por aire
La capacidad calorífica y la conductividad térmica de los líquidos son mucho mayores que las del aire, lo que hace que la refrigeración líquida por inmersión sea muy eficiente. La capacidad calorífica específica e incluso la conductividad térmica del aire se encuentran en un nivel muy bajo. Si desea eliminar el calor limitado, debe depender de una gran cantidad de flujo de aire de alta velocidad, lo que resulta en un enorme consumo de energía y ruido del ventilador. El refrigerante aislante está en contacto directo con los componentes calefactores en todas las direcciones, la ruta de transferencia de calor es extremadamente corta y poco profunda y no hay resistencia térmica de interfaz.
En los centros de datos reales, los sistemas refrigerados por aire generalmente sólo pueden alcanzar un PUE, o eficiencia de uso de energía, de aproximadamente 1,5. Esto significa que casi un tercio de la energía se consume y se disipa en la propia disipación de calor. La refrigeración líquida por inmersión monofásica puede reducir fácilmente el PUE a menos de 1,1 y, en el caso de la inmersión por cambio de fase, puede incluso acercarse a 1,03. Lo que esto significa es que básicamente toda la energía eléctrica se utiliza para la informática y la pérdida provocada por la disipación de calor es extremadamente pequeña. Para los grandes centros de datos con facturas de electricidad anuales que alcanzan decenas de millones de yuanes, el ahorro en costos de energía es muy considerable.
¿Cuáles son los principales tipos de refrigeración líquida sumergida?
La refrigeración líquida sumergida convencional ahora se clasifica en dos categorías: monofásica e sumergida y de cambio de fase e sumergida. La inmersión monofásica utiliza la convección y circulación del refrigerante para eliminar el calor. El refrigerante no cambiará de fase durante todo el proceso y su composición es estable. El sistema es relativamente simple y confiable. El refrigerante es principalmente aceite mineral o sintético, que tiene un punto de ebullición relativamente alto.
La inmersión por cambio de fase se logra con la ayuda del calor latente de vaporización del refrigerante. Cuando el componente electrónico se calienta, el refrigerante en contacto con él hierve y se vaporiza. El vapor sube al condensador, se condensa, libera calor y luego regresa. Este proceso puede absorber una gran cantidad de calor y la eficiencia es extremadamente alta. El líquido fluorado es un fluido de trabajo comúnmente utilizado para la inmersión por cambio de fase. Su punto de ebullición suele oscilar entre 50 y 60 grados centígrados. Tiene propiedades aislantes y no inflamables. Sin embargo, el costo también es mayor. El tipo a elegir debe considerar exhaustivamente la densidad del calor, el costo y la complejidad del mantenimiento.
¿Qué escenarios son los más adecuados para la refrigeración líquida por inmersión?
Si bien la refrigeración líquida por inmersión no existe para todos los escenarios, sus beneficios son más pronunciados en ciertos entornos de alta demanda. En primer lugar, existen grupos informáticos de alta densidad, como formación en inteligencia artificial, centros de supercomputación y minería de criptomonedas. La densidad de potencia de estos equipos suele superar los 30 kilovatios por armario y la refrigeración por aire ya no puede soportar las tareas correspondientes. La refrigeración por inmersión es la única forma de lograr una mayor densidad de potencia informática.
El segundo es la búsqueda de una eficiencia energética extrema y un entorno silencioso. Por ejemplo, los centros de datos perimetrales están ubicados en edificios de oficinas o comunidades y son muy sensibles al ruido, o las empresas quieren reducir significativamente su huella de carbono y sus costos operativos. Además, en algunos entornos especiales, como áreas polvorientas y de gran altitud, un sistema sumergido sellado puede aislar completamente el entorno externo y mejorar la confiabilidad y vida útil del equipo.
¿Qué costos debería considerar al implementar la refrigeración líquida por inmersión?
Lo fundamental es su costo de implementación, que es lo que los usuarios consideran al tomar decisiones. En las primeras etapas, su inversión es de hecho mayor que la de la refrigeración por aire, que cubre principalmente gabinetes personalizados, el refrigerante en sí, así como sistemas de refrigeración por circulación externa y servicios de modificación. En particular, el precio unitario del fluido fluorado de alto rendimiento es muy caro. Es muy probable que sólo la cantidad de llenado de un gabinete estándar valga decenas de miles de yuanes.
Sin embargo, se debe realizar un análisis de costos del ciclo de vida completo. La refrigeración líquida por inmersión puede ahorrar más del 90% del consumo de energía de disipación de calor y puede permitir el uso de agua de refrigeración con una temperatura ambiente relativamente más alta, reduciendo así aún más el consumo de energía del enfriador. También tiene la función de extender la vida útil del equipo y reducir la tasa de fallas. Para los centros de datos que están en funcionamiento todo el año, la inversión inicial adicional generalmente se puede recuperar en un plazo de 2 a 4 años mediante ahorros en las facturas de electricidad. Desde una perspectiva de largo plazo, la economía es muy importante.
¿La refrigeración líquida por inmersión tiene requisitos especiales para el hardware del servidor?
En teoría, un servidor estándar puede sumergirse si se prepara adecuadamente. Sin embargo, para garantizar la compatibilidad y confiabilidad a largo plazo, es mejor utilizar hardware especialmente diseñado o realizar modificaciones específicas. El paso más crítico es quitar o reemplazar todas las piezas móviles. Por ejemplo, si se va a reemplazar el disco duro por una unidad de estado sólido, se deben quitar los ventiladores. Esto se debe a que no sólo son inútiles en líquidos, sino que también pueden introducir contaminación.
Además, verifique la compatibilidad de todos los materiales con el refrigerante para asegurarse de que las juntas, etiquetas, aislamiento de cables, etc. no se disuelvan ni se expandan. Aunque el refrigerante es aislante, por razones de seguridad, generalmente se recomienda aplicar una capa protectora adecuada a componentes clave como la placa base para evitar el riesgo de migración electroquímica causada por posibles impurezas.
¿Cuál es la tendencia de desarrollo futuro de la refrigeración líquida sumergida?
En el futuro, la refrigeración líquida sumergida se desarrollará en torno a la estandarización, la ecologización y la inteligencia. Actualmente, existen grandes diferencias en las soluciones de los distintos fabricantes. La industria está promoviendo la estandarización de las interfaces de los gabinetes, las especificaciones de los refrigerantes y los procesos de operación y mantenimiento, con el fin de reducir el umbral de adopción por parte del usuario y eliminar sus preocupaciones. La protección ambiental del refrigerante también es un objetivo clave de la investigación y el desarrollo, y es necesario lograr un fluido de trabajo con potencial de calentamiento global (GWP) más bajo, biodegradable y de menor costo.
La operación y el mantenimiento inteligentes son de igual importancia. Con la integración de una gran cantidad de sensores, el monitoreo en tiempo real de la calidad del refrigerante, el nivel de líquido, la temperatura y los puntos calientes de los componentes, junto con la IA para el mantenimiento predictivo y la optimización dinámica de la eficiencia energética, será la configuración estándar del sistema de próxima generación. A medida que el consumo de energía de los chips siga aumentando, la refrigeración líquida por inmersión pasará de ser una configuración "opcional" a una "configuración estándar" para la informática de alto rendimiento.
¿Cuál es el desafío de refrigeración más importante al que se enfrenta su empresa o campo en la actualidad? ¿Es la densidad de potencia cada vez mayor de los gabinetes, las facturas de electricidad extremadamente altas que son insoportables u otros factores? Le invitamos a compartir sus dificultades específicas en el área de comentarios. Podemos explorar más a fondo si la refrigeración líquida sumergida puede proporcionar una solución práctica a su situación. Si este artículo te ha inspirado, no dudes en darle me gusta y compartirlo.
Deja una respuesta