Револуција потпуно хлађених сервера. Ефикасна решења за хлађење за ЦПУ, меморију и ПЦИе

 

У позадини кинеског 14. петогодишњег плана, који наглашава развој дигиталне економије, центри података служе као основна инфраструктура која подржава дигиталну трансформацију, али се такође суочавају са значајним притисцима емисије угљеника. Са повећањем потрошње енергије чипа и сервера, густина снаге по рацк-у расте, а традиционално ваздушно хлађење постепено постаје ограничено у смислу одвођења топлоте и оптимизације енергије.

 

▲ Дата центри

 

Течно хлађење, као нова технологија хлађења, користи течно расхладно средство да однесе топлоту коју производе компоненте. У поређењу са ваздушним хлађењем, течно хлађење нуди неколико предности, укључујући подршку за чипове велике снаге, продужени животни век чипа, смањену ПУЕ (Ефективност употребе енергије) центара података, побољшану ефикасност преноса топлоте, минимизирање топлотних тачака, подршку за већу густину рекова, смањење буку и побољшану прилагодљивост околини. Стога ће течно хлађење постати важан део будуће изградње дата центара, кључан за постизање циљева зеленог рачунарства и неутралности угљеника.

 

Чворови потпуно течно хлађених сервера се састоје од шасије чвора, матичне плоче, ЦПУ чипова, меморијских модула, меморијских хладних плоча, ЦПУ хладних плоча, ИО хладних плоча, извора напајања и измењивача топлоте за напајање.

 

 

И ЦПУ Цолд Плате дизајн

 

ЦПУ модул хладне плоче је дизајниран на основу захтева за скалабилну хладну плочу процесора Интел 5. генерације Ксеон платформе. Узима у обзир факторе као што су дисипација топлоте, структурне перформансе, принос, цена и компатибилност са различитим материјалима у дизајну хладне плоче, што резултира оптимизованим референтним дизајном. Хладна плоча ЦПУ-а се првенствено састоји од алуминијумског носача, хладне плоче и конектора за хладну плочу.

 

▲ ЦПУ Цолд Плате

 

 

ИИ Дизајн течног хлађења меморије

 

Дизајн течног хлађења меморије користи иновативни течни хладњак за хлађење „раил тие“, назван по својој сличности са праговима на железничким шинама када су меморијски слотови потпуно заузети. Овај дизајн комбинује традиционално ваздушно хлађење са хлађењем хладним плочама. Расхладни елемент, који укључује топлотне цеви (или направљен од чистог алуминијума/бакра, ВапорЦхамбер, итд.), преноси топлоту из меморије на оба краја, који затим долази у контакт са хладном плочом кроз одабране термалне јастучиће, омогућавајући течност расхладног средства у хладној плочи да однесе топлоту.

 

Меморија и хладњак се могу саставити у јединицу за минимално одржавање (која се назива меморијски модул) ван система помоћу уређаја. Меморијска хладна плоча је дизајнирана са структуром која обезбеђује добар контакт између хладњака и хладне плоче меморије. Ова структура се може причврстити вијцима или одржавати без алата по потреби. Горњи део хладне плоче за меморију хлади меморију, док доњи део може да хлади друге компоненте на матичној плочи које стварају топлоту, као што је ВР, максимизирајући употребу хладне плоче меморије. Да би се поједноставио дизајн хладне плоче, може се увести носач адаптера између меморије и матичне плоче како би се задовољио висински размак различитих матичних плоча.

 

▲ Мемори Цолд Плате

 

У поређењу са постојећим решењима за течно хлађење базираним на цевима на тржишту, дизајн течног хлађења „шинске везице“ има следеће предности:

 

Лакоћа одржавања:Током одржавања меморије, меморијски модул се сервисира баш као ваздушно хлађени меморијски модул, без потребе за уклањањем хладњака и причвршћивача. Ово у великој мери побољшава ефикасност и поузданост монтаже док смањује потенцијално оштећење меморијских чипова и термалних подлога током инсталације и уклањања.

 

Добра компатибилност: Тна перформансе хлађења не утичу различите дебљине меморијских чипова или размаци. Решење подржава минимални меморијски размак од 7,5 мм и компатибилно је нагоре. Раздвојени дизајн хладњака и хладне плоче омогућава поновну употребу и стандардизацију течно хлађене меморије.

 

Већа исплативост:Расхладни елемент се може изабрати на основу потрошње енергије меморије, а број хладњака се може конфигурисати према захтевима меморије. За меморијски размак од 7,5 мм, ово решење може да задовољи потребе за хлађењем меморијских модула са потрошњом енергије већом од 30В.

 

Једноставан за производњу и састављање:Између меморијских слотова нема цеви за течно хлађење, елиминишући потребу за сложеним заваривањем цеви и контролом процеса. Расхладни елемент се може произвести коришћењем традиционалног ваздушног хлађења и стандардних ЦПУ техника производње хладних плоча. Термичке перформансе нису осетљиве на толеранције између хладњака и матичне плоче у смеру окомитом на раван меморијског чипа, што олакшава монтажу.

 

Висока поузданост:Дизајн течног хлађења „раил тие“ избегава потенцијално оштећење меморијских чипова и термалних подлога током склапања и испуњава захтеве за вишеструко уметање/уклањање. Поред тога, елиминише ризик од проблема са контактом сигнала између меморије и утичница због неусклађености, значајно повећавајући поузданост система.

 

 

ИИИ ССД дизајн течног хлађења

 

Иновативно решење за течно хлађење ССД-а преноси топлоту из области ССД-а преко хладњака са уграђеним топлотним цевима. Топлота се затим преноси на хладну плочу изван подручја ССД-а кроз директан контакт са термалним јастучићима.

 

Ово решење за течно хлађење ССД-а се углавном састоји од ССД модула са хладњаком, ССД хладне плоче, механизма за закључавање ССД модула и ССД носача. Механизам за закључавање на носачу ССД-а обезбеђује правилно предоптерећење за одржавање поузданог дуготрајног контакта између ССД модула и хладне плоче. Да би се олакшала инсталација у скученим просторима, носач ССД-а има дизајн фиоке у правцу дубине сервера.

 

▲ ССД дизајн течног хлађења

 

У поређењу са постојећим покушајима течног хлађења ССД-а, напредак у овом решењу укључује:

• Подржава преко 30 уметања/уклањања које се могу заменити без искључивања.
• Нема ризика од смицања материјала термичког интерфејса током инсталације ССД-а; механизам за закључавање обезбеђује дугорочну поузданост контакта.
• Ниска сложеност производње, захтева само традиционално хлађење ваздуха и процесе производње хладних плоча ЦПУ-а.
• Нема водених путева између ССД-ова, омогућавајући више ССД-ова да деле једну хладну плочу, смањујући број конектора и смањујући ризик од цурења.
• Флексибилно прилагођавање различитим ССД дебљинама и конфигурацијама система.

 

 

ИВ дизајн течног хлађења НПЦИе/ОЦП картице

 

1. ПЦИе решење за течно хлађење

Решење за течно хлађење ПЦИе картице је засновано на постојећој ПЦИе картици са ваздушним хлађењем. Постиже хлађење за оптички модул и главне чипове на ПЦИе картици развијањем модула за хлађење који долази у контакт са хладном плочом система. Топлота са оптичког модула се преноси преко топлотних цеви до главног модула хладњака на ПЦИе картици, који затим распршује топлоту кроз контакт са ИО хладном плочом користећи одговарајуће материјале термичког интерфејса.

 

ПЦИе картица са течним хлађењем се првенствено састоји од КСФП стезаљке хладњака, модула хладњака за ПЦИе чип и ПЦИе картице. КСФП стезаљка мора имати довољну еластичност да обезбеди правилан плутајући контакт током инсталације, спречавајући оштећење оптичког модула, истовремено обезбеђујући добар контакт за оптималне перформансе хлађења.

 

▲ ПЦИе течно хлађење

 

2. ОЦП 3.0 Раствор за хлађење течности

Решење за течно хлађење ОЦП 3.{1}} картице је слично ПЦИе картици. Он прилагођава хладњак за течно хлађење за ОЦП 3.0 картицу, преносећи топлоту са главних чипова картице на хладњак за течно хлађење. Топлота се затим уклања кроз контакт између хладњака и ИО хладне плоче система.

 

ОЦП 3.{1}} модул за течно хлађење се углавном састоји од модула хладњака, ОЦП 3.{3}} картице и његовог носача. Због ограничења простора, механизам за закључавање користи опружне завртње како би се осигурала дугорочна поузданост контакта између модула хладњака и ИО хладне плоче.

 

▲ ОЦП 3.{1}} Течно хлађење

 

Имајући у виду потребу за лаким одржавањем и вишеструким уметањима/уклањањима ОЦП 3.{2}} картице са заменљивом брзином, механизам за закључавање и материјали термалног интерфејса су оптимизовани да побољшају општу поузданост и удобност одржавања.

 

 3. ИО Цолд Плате Солутион 

ИО хладна плоча је мултифункционална хладна плоча која хлади не само компоненте које стварају топлоту у ИО области матичне плоче већ и течно хлађене ПЦИе и ОЦП 3.{3}} картице.

 

▲ ИО Цолд Плате

 

ИО хладна плоча се првенствено састоји од тела од легуре алуминијума и бакарних цеви за проток расхладне течности и побољшано одвођење топлоте. Дизајн мора бити оптимизован у складу са распоредом матичне плоче и захтевима за расипање топлоте. Модули ПЦИе и ОЦП 3.{2}} картице са течним хлађењем контактирају ИО хладну плочу дуж одређених путева. Материјали расхладне течности морају бити компатибилни са расхладном течношћу система и средствима за влажење.

 

▲ ИО Цолд Плате

 

Ово решење за течно хлађење за ИО хладну плочу испуњава потребе за вишедимензионалним састављањем неколико компоненти, користећи комбинацију бакра и алуминијумских материјала за решавање проблема компатибилности. Осигурава ефикасно одвођење топлоте, смањује тежину хладне плоче за 60% и смањује трошкове.

 

 

В дизајн хладне плоче напајања

 

Решење за течно хлађење извора напајања интегрише екстерни измењивач топлоте ваздух-течност са постојећим ваздушним хлађеним напајањем (ПСУ), хлађењем ваздуха који избацује вентилатор ПСУ и смањујући ефекат предгревања на окружење екстерног дата центра.

 

Задњи измењивач топлоте ПСУ има вишеслојну структуру са преклапајућим каналима протока и ребрима. Димензије измењивача топлоте су оптимизоване за просторне и функционалне потребе без утицаја на ПСУ кабловске везе. Размењивач топлоте је независно монтиран на шасију чвора.

 

▲ Напајање течно хлађење

 

Ово иновативно решење за течно хлађење напајања елиминише потребу за развојем нових напојних јединица са течним хлађењем, скраћујући време развоја и смањујући трошкове. Његова висока прилагодљивост омогућава да се флексибилно примени на различите дизајне ПСУ-а, штедећи више од 60% у поређењу са прилагођеним напојним јединицама са течним хлађењем.

 

За апликације са пуним рацком, централизовани измењивач топлоте ваздух-течност се може користити уместо дистрибуираних задњих измењивача топлоте за сваки ПСУ. Ова централизована структура замењује појединачне измењиваче топлоте ПСУ, обезбеђујући хлађење кроз систем који се интегрише са путевима протока ваздуха у рацку, обезбеђујући да нема утицаја на окружење серверске собе.

 

Један централизовани измењивач топлоте може да поднесе 8кВ капацитета хлађења, подржавајући најмање 150ПСУс. Главне компоненте централизованог измењивача топлоте ваздух-течност укључују језгро измењивача топлоте, улазне и излазне отворе за воду, бакарне цеви за хлађење, алуминијумско кућиште и ребра за вођење протока. Ово подешавање омогућава ефикасно и скалабилно хлађење ПСУ-а у центрима података високе густине.

 

 

Закључак

 

▲ Сервер потпуно хлађен течношћу

 

Технологија течног хлађења, као што је приказано овим оптимизованим дизајном, кључна је за управљање све већом топлотном снагом модерних центара података уз истовремено постизање циљева ефикасности и одрживости. Са иновацијама у хладним решењима за ЦПУ, меморију, ССД-ове, ПЦИе/ОЦП картице и напајања, ови сервери са течним хлађењем утиру пут ка будућности еколошкијих центара података са бољим перформансама.