Проблема рассеивания тепла в мощных серверах
Центр обработки данных похож на «суперфабрику» информации, обрабатывающую огромные объемы данных днем и ночью. Зайдя в центр обработки данных, вы увидите ряды высоких шкафов. Серверы внутри работают на высокой скорости, как неутомимые «трудоголики». Но знаете ли вы? Хотя эти серверы обеспечивают мощную вычислительную мощность, они также сталкиваются с серьезными проблемами рассеивания тепла.
С быстрым развитием технологий производительность серверов продолжает расти, а энергопотребление также резко увеличивается. Традиционный метод воздушного охлаждения подобен использованию небольшого вентилятора для охлаждения большой печи, которая становится все более неспособной сделать это. Если взять в качестве примера обычный центр обработки данных, то плотность мощности шкафа на квадратный метр может достигать нескольких киловатт. В некоторых сценариях высокопроизводительных вычислений мощность одного шкафа может даже превышать десятки киловатт. При таких высоких нагрузках традиционные системы воздушного охлаждения должны быть оснащены мощными кондиционерами и большим количеством охлаждающих вентиляторов для отвода тепла. Это не только потребляет ошеломляющее количество энергии, составляя около 40% от потребления электроэнергии центром обработки данных, уступая только самому ИТ-оборудованию, но и эффект рассеивания тепла также неудовлетворителен.
Хорошо известно, что CPU, GPU и другие чипы внутри сервера генерируют много тепла. Однако, как ключевой компонент для хранения данных, чтения и записи, проблему рассеивания тепла памяти также нельзя игнорировать. Современная высокопроизводительная серверная память, особенно модули памяти DDR5 и выше, значительно увеличила энергопотребление по сравнению с предыдущими поколениями. Стандартное энергопотребление обычно достигает 15 Вт, а высокомощные модули DIMM встречаются еще чаще. Когда память работает в условиях высокой температуры в течение длительного времени, частота ошибок чтения и записи данных значительно возрастает, как у уставшего писца, который часто ошибается в душной комнате. Это не только приведет к снижению производительности системы, но в серьезных случаях может также вызвать катастрофические последствия, такие как сбои и потеря данных, бросая тень на стабильную работу центра обработки данных.
Почему технология жидкостного охлаждения выделяется
Столкнувшись с трудностями традиционного воздушного охлаждения, технология жидкостного охлаждения блестяще дебютировала как «мастер рассеивания тепла». Жидкостное охлаждение, как следует из названия, использует жидкость в качестве теплоносителя для быстрого отвода тепла, вырабатываемого сервером. Принцип его работы можно сравнить с системой кровообращения человеческого тела. Приводимая в действие насосом, охлаждающая жидкость циркулирует по тщательно спроектированным трубам и протекает через теплогенерирующие компоненты сервера, такие как ЦП, ГП, память и т. д., как «теплоноситель», непрерывно перенося тепло к внешнему охлаждающему устройству и, наконец, рассеивая его в воздухе.
По сравнению с воздушным охлаждением, преимущества жидкостного охлаждения очевидны. Во-первых, теплопроводность жидкости примерно в 25 раз выше, чем у воздуха, что означает, что тепло передается в жидкости быстрее и эффективнее и может быть отведено молниеносно, сохраняя внутреннюю часть сервера «прохладной» все время. Так же, как в жаркий летний день, мытье рук холодной водой может быстро отнять тепло от ваших рук, в то время как охлаждающий эффект бриза гораздо менее эффективен.
Во-вторых, система жидкостного охлаждения обладает превосходной стабильностью. Поскольку удельная теплоемкость жидкости велика, после поглощения большого количества тепла ее собственная температура повышается относительно незначительно, что может обеспечить относительно стабильную тепловую среду для сервера и эффективно избежать сбоев оборудования, вызванных чрезмерными колебаниями температуры. Это похоже на надевание на сервер слоя постоянной температурной «защитной одежды», чтобы сервер мог стабильно работать независимо от того, как меняется внешняя среда.
Кроме того, технология жидкостного охлаждения отличается энергосбережением и шумоподавлением. С одной стороны, система жидкостного охлаждения не нуждается в оснащении большим количеством мощных охлаждающих вентиляторов, как воздушное охлаждение, что снижает энергопотребление вентилятора, а также снижает шум, создаваемый работой вентилятора. Согласно статистике, центры обработки данных с жидкостным охлаждением могут снизить энергопотребление примерно на 30% по сравнению с традиционными центрами обработки данных с воздушным охлаждением, что позволяет значительно сократить счета за электроэнергию в центрах обработки данных и достичь зеленой экономии энергии. С другой стороны, без жужжащего звука вентиляторов центр обработки данных становится тише, создавая относительно комфортную рабочую среду для персонала по эксплуатации и обслуживанию и снижая воздействие шума на окружающую среду.
Наконец, технология жидкостного охлаждения делает возможным высокоплотное размещение серверов. Поскольку система жидкостного охлаждения имеет высокую эффективность рассеивания тепла и может эффективно справляться с большим количеством тепла, выделяемого серверами высокой плотности мощности, в том же пространстве можно разместить больше серверов, что повышает вычислительную мощность и плотность хранения центра обработки данных и позволяет в полной мере использовать драгоценные ресурсы пространства компьютерного зала, как при строительстве более высоких небоскребов на ограниченной территории, значительно увеличивая «производственную мощность» центра обработки данных.
Решения по жидкостному охлаждению памяти мощных серверов
Решения по жидкостному охлаждению памяти мощных серверов
- Ограничения существующих решений
В настоящее время существующие в отрасли решения для жидкостного охлаждения памяти в основном используют стальные или медные трубки для соединения холодных пластин с целью рассеивания тепла. TIM (материал термоинтерфейса) крепится к поверхности трубки, а охлаждение достигается за счет контакта между TIM и DIMM. Хотя эта конструкция может снизить температуру DIMM и в определенной степени улучшить производительность, она имеет много недостатков.
С одной стороны, совместимость плохая. Из-за разнообразия компоновок серверных систем эта конструкция с фиксированным расстоянием между модулями DIMM не может применяться на разных платформах в качестве стандартной детали. Это похоже на одежду одного размера, сшитую на заказ для людей с разной фигурой. Она либо слишком тесная, либо слишком свободная, и ее трудно идеально подогнать. Это не только значительно увеличит общую стоимость, но и может повлиять на стабильность системы. Согласно соответствующим данным, в некоторых сценариях, где требуется частая замена серверных аксессуаров, дополнительные расходы, вызванные проблемами совместимости жидкостного охлаждения памяти, могут составлять более 30% от общей стоимости системы охлаждения.
С другой стороны, его сложно обслуживать. Система жидкостного охлаждения DIMM требует простого обслуживания при подключении и отключении модулей DIMM. Однако текущая конструкция имеет риск повреждения TIM на поверхности трубки при подключении и отключении модулей DIMM. Также возможно, что контактное усилие трудно контролировать, что приводит к плохому контакту между DIMM и трубкой, что, в свою очередь, приводит к неравномерному распределению температуры DIMM. Так же, как при разборке и установке ключевого компонента точного прибора, можно случайно повредить чувствительные компоненты внутри, что повлияет на нормальную работу всего прибора. В записях об эксплуатации и обслуживании некоторых крупных центров обработки данных часто происходят сбои в рассеивании тепла, вызванные подключением и отключением памяти, что создает большие проблемы для персонала по эксплуатации и обслуживанию и увеличивает риск простоя системы.
- Основные моменты инновационного решения
Для преодоления этих проблем была разработана мощная система жидкостного охлаждения памяти на основе модульных тепловых и механических охлаждающих пластин. Система использует специальный радиатор, напрямую подключенный к DIMM, для эффективной передачи тепла, вырабатываемого памятью, на удаленную охлаждающую пластину. Она обеспечивает теплообмен через текущую жидкость для оптимизации температуры DIMM и поддержания ее в соответствующем рабочем диапазоне.
Модульный радиатор и конструкция холодной пластины являются основными моментами этого инновационного решения. Благодаря раздельной сборке DIMM и радиатора и использованию давления для поддержания равномерной силы контакта обеспечивается стабильный контакт между DIMM и радиатором, что позволяет эффективно передавать тепло, избегая локального перегрева, вызванного плохим контактом. Это также делает распределение температуры DIMM более равномерным, обеспечивая надежную гарантию стабильной работы памяти.
С точки зрения совместимости, эта конструкция принимает стандартный шаг и может широко использоваться на нескольких платформах DIMM. Эталонный шаг DIMM составляет 0.297 дюйма, что может универсально использоваться в различных конструкциях платформ DIMM от 0.297 до 0.35 дюйма. Это как главный ключ, который можно адаптировать к различным «замкам» с различными спецификациями, что значительно снижает дополнительные расходы. Будь то сервер данных для малого предприятия или высокопроизводительный вычислительный кластер в крупном центре обработки данных, им можно легко управлять, не беспокоясь о проблемах совместимости.
Адаптивность также является важным преимуществом этого решения. Он может гибко настраивать материал или конструкцию радиатора в соответствии с потребностями для удовлетворения различных требований к энергопотреблению DIMM. Например, для высокомощных модулей DIMM DDR5 с более высоким энергопотреблением можно выбрать медный радиатор с более высокой теплопроводностью, а его ребристая структура радиатора может быть оптимизирована. Для обычных модулей DIMM с относительно низким энергопотреблением можно использовать недорогой алюминиевый радиатор для обеспечения эффекта рассеивания тепла при достижении точного контроля затрат. Это позволяет производителям серверов и операторам центров обработки данных адаптировать наиболее подходящее решение для охлаждения памяти в соответствии с фактическими потребностями бизнеса, избегая напрасной траты ресурсов.
Чтобы проверить превосходство этого инновационного решения, исследователи провели тепловое моделирование с помощью инструмента Flotherm 2210. Результаты показывают, что новая конструкция превосходит традиционные решения по охлаждению с точки зрения теплового сопротивления, с улучшениями в диапазоне от 8% до 19%. В то же время в тесте DDR5 TTV фактические результаты теста отличались от моделирования в пределах 5%, что еще раз доказывает эффективность нового решения. Это означает, что после внедрения нового решения жидкостного охлаждения модули памяти могут рассеивать тепло быстрее, как при замене маломощного автомобиля на высокопроизводительный двигатель, что позволяет ему поддерживать хорошее рассеивание тепла при движении на высоких скоростях, обеспечивая стабильную и эффективную работу серверной системы.
Фактическая производительность жидкостного охлаждения памяти
В центре обработки данных крупной интернет-компании серверы, изначально использовавшие традиционное воздушное охлаждение, испытывали резкий рост температуры памяти в периоды пиковой нагрузки, и система часто сообщала об ошибках, из-за чего персонал по эксплуатации и обслуживанию часто оказывался перегруженным. Чтобы полностью решить эту проблему, они внедрили решение для жидкостного охлаждения памяти на основе модульных тепловых и механических охлаждающих пластин.
Эффект после внедрения значительный. Температура памяти сервера точно контролируется. Даже при работе с высокой нагрузкой колебания температуры крайне малы и всегда остаются в идеальном рабочем диапазоне. Стабильность системы значительно улучшена. Такие проблемы, как сбои системы и ошибки данных, вызванные перегревом памяти, практически исчезли, а непрерывность бизнеса эффективно гарантирована. В то же время потребление энергии центром обработки данных также значительно снижено, а экономия затрат на электроэнергию значительна, что приносит предприятию реальную экономическую выгоду.
Также есть стартап, сосредоточенный на вычислениях искусственного интеллекта. С быстрым расширением бизнеса требования к производительности сервера становятся все выше и выше. Когда их мощные серверы запускают сложные модели ИИ, охлаждение памяти становится узким местом. После замены новой системы жидкостного охлаждения памяти сервер, казалось, получил инъекцию усилителя, производительность была полностью высвобождена, время обучения модели было значительно сокращено, и была оказана сильная поддержка для быстрой итерации продукта, что помогло компании выделиться в жесткой рыночной конкуренции.
Из этих успешных случаев видно, что технология жидкостного охлаждения памяти продемонстрировала свою мощную силу в реальных боевых действиях, обеспечив стабильную и эффективную работу центров обработки данных для многих компаний. Заглядывая в будущее, с непрерывным развитием материаловедения и производственных процессов технология жидкостного охлаждения памяти будет продолжать развиваться. Теплопроводность охлаждающей жидкости будет и дальше улучшаться, конструкция трубок теплоотвода и радиаторов станет более сложной и эффективной, а совместимость и ремонтопригодность достигнут новых высот, что прокладывает прочный путь теплоотвода для разработки серверов высокой мощности, помогая цифровому миру процветать.
Примите эру жидкостного охлаждения
Появление технологии жидкостного охлаждения памяти серверов высокой мощности принесло инновационные решения проблем рассеивания тепла в центрах обработки данных. Она не только удовлетворяет высоким требованиям рассеивания тепла, которые не может удовлетворить традиционное воздушное охлаждение, но и преодолевает проблемы совместимости и обслуживания существующих решений жидкостного охлаждения памяти. Благодаря своим превосходным показателям рассеивания тепла, выдающейся стабильности, значительным энергосберегающим эффектам и хорошей адаптивности она обеспечивает эффективную и стабильную работу сервера.
В эту эпоху ускоренной цифровой трансформации центры обработки данных, как краеугольный камень информационного общества, сталкиваются с беспрецедентными вызовами и возможностями. Рост технологий жидкостного охлаждения, несомненно, является ключом к открытию новой главы в будущих центрах обработки данных. Если предприятия хотят выделиться в жесткой рыночной конкуренции, они должны идти в ногу с тенденциями технологического развития и обращать внимание на передовые технологии, такие как жидкостное охлаждение памяти, и активно их применять. Я считаю, что в ближайшем будущем, с постоянной популяризацией и совершенствованием технологий жидкостного охлаждения, центры обработки данных откроют новую трансформацию, придавая постоянный импульс энергичному развитию глобальной цифровой экономики. Давайте подождем, увидим и поприветствуем эту эру жидкостного охлаждения, полную бесконечных возможностей!