Tại sao làm mát nước trung tâm dữ liệu không phổ biến?

Từ những gì tôi đọc và nghe về các trung tâm dữ liệu, không có quá nhiều phòng máy chủ sử dụng nước làm mát và không có trung tâm dữ liệu lớn hơn nào sử dụng nước làm mát (hãy sửa tôi nếu tôi sai). Ngoài ra, thật dễ dàng để mua một bộ phận PC thông thường sử dụng làm mát bằng nước, trong khi các máy chủ rack làm mát bằng nước gần như không có.

Mặt khác, sử dụng nước có thể có thể (IMO):

1. Giảm mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu lớn, đặc biệt là nếu có thể tạo ra các cơ sở làm mát trực tiếp (tức là cơ sở nằm gần sông hoặc biển).

2. Giảm tiếng ồn, giúp con người bớt đau đớn khi làm việc trong các trung tâm dữ liệu.

3. Giảm dung lượng cần thiết cho máy chủ:

   • Ở cấp độ máy chủ, tôi tưởng tượng rằng trong cả máy chủ rack và máy chủ, việc truyền các ống làm mát nước dễ dàng hơn là lãng phí không gian để cho phép không khí đi vào bên trong,
   • Ở cấp độ trung tâm dữ liệu, nếu vẫn cần giữ các ngõ giữa các máy chủ để bảo trì truy cập vào máy chủ, có thể xóa khoảng trống dưới sàn và ở mức trần được sử dụng cho không khí.

Vậy tại sao các hệ thống làm mát bằng nước không phổ biến, không phải ở cấp độ trung tâm dữ liệu, cũng không phải ở cấp máy chủ rack / blade?

Có phải vì:

• Việc làm mát nước hầu như không dư thừa ở cấp độ máy chủ?

• Chi phí trực tiếp của cơ sở làm mát bằng nước quá cao so với một trung tâm dữ liệu thông thường?

• Thật khó để duy trì hệ thống như vậy (thường xuyên làm sạch hệ thống làm mát bằng nước sử dụng nước từ sông dĩ nhiên phức tạp và tốn kém hơn nhiều so với việc chỉ hút bụi quạt)?

Nước + Điện = Thảm họa

Làm mát bằng nước cho phép mật độ năng lượng lớn hơn làm mát không khí; vì vậy hãy tìm ra mức tiết kiệm chi phí của mật độ bổ sung (có thể là không trừ khi bạn rất hạn chế về không gian). Sau đó tính toán chi phí cho rủi ro của thảm họa nước (giả sử 1% * chi phí cho cơ sở của bạn). Sau đó thực hiện một so sánh phần thưởng rủi ro đơn giản và xem nếu nó có ý nghĩa cho môi trường của bạn.

Vì vậy, tôi sẽ phá vỡ câu trả lời của tôi trong các phần máy chủ:

• Tính chất vật lý của nước so với không khí và dầu khoáng
• Rủi ro sử dụng nước và kinh nghiệm tồi tệ trong lịch sử
• Tổng chi phí làm mát trung tâm dữ liệu
• Điểm yếu của hệ thống làm mát bằng chất lỏng cổ điển

Tính chất vật lý của nước so với các loại khác

Đầu tiên một vài quy tắc đơn giản:

• Chất lỏng có thể vận chuyển nhiều nhiệt hơn khí
• Làm bay hơi một chất lỏng chiết nhiệt nhiều hơn (sử dụng trong tủ lạnh)
• Nước có đặc tính làm mát tốt nhất trong tất cả các chất lỏng.
• Chất lỏng chuyển động chiết nhiệt tốt hơn chất lỏng không chuyển động
• Dòng chảy hỗn loạn đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để được di chuyển nhưng trích xuất cách nhiệt tốt hơn so với dòng chảy tầng.

Nếu bạn so sánh nước và dầu khoáng với không khí (cho cùng một thể tích)

• dầu khoáng tốt hơn không khí khoảng 1500 lần

• nước tốt hơn không khí khoảng 3500 lần

• dầu là một chất dẫn điện xấu trong mọi điều kiện và được sử dụng để làm mát máy biến áp công suất cao.

• dầu tùy thuộc vào loại chính xác của nó là một chất hòa tan và có thể hòa tan nhựa
• Nước là một chất dẫn điện tốt nếu nó không tinh khiết (chứa khoáng chất ...) nếu không thì không
• nước là chất điện phân tốt. Vì vậy, kim loại tiếp xúc với nước có thể được hòa tan trong một số điều kiện nhất định.

Bây giờ một số ý kiến ​​về những gì tôi đã nói ở trên: So sánh được thực hiện ở áp suất khí quyển. Trong điều kiện này, nước sôi ở 100 ° C cao hơn nhiệt độ tối đa cho các bộ xử lý. Vì vậy, khi làm mát với nước, nước vẫn ở dạng lỏng. Làm mát bằng các hợp chất hữu cơ như dầu khoáng hoặc freon (những gì được sử dụng trong tủ lạnh) là một phương pháp làm mát cổ điển cho một số ứng dụng (nhà máy điện, quân sự ...) nhưng việc sử dụng dầu trong thời gian dài tiếp xúc trực tiếp với nhựa chưa bao giờ được thực hiện trong lĩnh vực CNTT. Vì vậy, ảnh hưởng của nó đến độ tin cậy của các bộ phận máy chủ là không xác định (Green Evolution không nói một từ nào là). Làm cho bạn di chuyển chất lỏng là quan trọng. Dựa vào chuyển động tự nhiên bên trong một chất lỏng không chuyển động để loại bỏ nhiệt là không hiệu quả và chỉ đạo chính xác một chất lỏng không có đường ống là khó khăn. Vì những lý do,

Vấn đề kỹ thuật

Làm cho không khí di chuyển dễ dàng và rò rỉ không phải là một mối đe dọa cho an toàn (hiệu quả tốt). Nó đòi hỏi rất nhiều không gian và tiêu tốn năng lượng (15% lượng tiêu thụ máy tính để bàn của bạn dành cho người hâm mộ của bạn)

Làm cho một di chuyển chất lỏng là rắc rối. Bạn cần đường ống, khối làm mát (tấm lạnh) được gắn vào mọi bộ phận bạn muốn làm mát, bể chứa, máy bơm và có thể là bộ lọc. Hơn nữa, phục vụ một hệ thống như vậy là khó khăn vì bạn cần phải loại bỏ chất lỏng. Nhưng nó đòi hỏi ít không gian hơn và cần ít năng lượng hơn.

Một điểm quan trọng khác là rất nhiều nghiên cứu và tiêu chuẩn hóa đã tập trung vào cách thiết kế bo mạch chủ, máy tính để bàn và máy chủ dựa trên hệ thống không khí có quạt làm mát. Và các thiết kế kết quả là không đủ cho các hệ thống dựa trên chất lỏng. Thêm thông tin tại formfactors.org

Rủi ro

• Hệ thống làm mát bằng nước có thể bị rò rỉ nếu thiết kế của bạn được thực hiện kém. Ống dẫn nhiệt là một ví dụ điển hình của hệ thống dựa trên chất lỏng không bị rò rỉ ( xem tại đây để biết thêm )
• Các hệ thống làm mát nước thông thường chỉ làm mát thành phần nóng và do đó vẫn cần một luồng không khí cho thành phần khác. Vì vậy, bạn có 2 hệ thống làm mát thay vì một và bạn làm giảm hiệu suất của hệ thống làm mát không khí.
• Với thiết kế tiêu chuẩn, rò rỉ nước có nguy cơ rất lớn gây ra nhiều thiệt hại nếu nó tiếp xúc với các bộ phận kim loại.

Nhận xét

• Nước tinh khiết là một chất dẫn điện tồi
• Gần như mọi bộ phận của linh kiện điện tử đều được phủ một lớp sơn không dẫn điện. Chỉ có miếng hàn không. Vì vậy, một vài giọt nước có thể vô hại
• Rủi ro nước có thể được giảm thiểu bằng các giải pháp kỹ thuật hiện có

Không khí làm mát làm giảm khả năng chứa nước (độ ẩm) và do đó có nguy cơ ngưng tụ (có hại cho thiết bị điện tử). Vì vậy, khi bạn làm mát không khí, bạn cần loại bỏ nước. Điều này đòi hỏi năng lượng. Độ ẩm bình thường đối với con người là khoảng 70% độ ẩm. Vì vậy, có thể bạn cần sau khi làm mát để đưa nước trở lại không khí cho mọi người.

Tổng chi phí của một trung tâm dữ liệu

Khi bạn xem xét việc làm mát trong trung tâm dữ liệu, bạn phải tính đến mọi phần của nó:

• Điều hòa không khí (lọc, loại bỏ độ ẩm dư thừa, di chuyển xung quanh ...)
• Không khí mát và nóng không bao giờ nên trộn lẫn nếu không bạn làm giảm hiệu quả của mình và có nguy cơ điểm nóng (điểm không được làm mát đủ)
• Bạn cần một hệ thống để trích nhiệt quá mức hoặc bạn phải hạn chế mật độ sản xuất nhiệt (ít máy chủ trên mỗi rack)
• Bạn có thể đã có đường ống để loại bỏ nhiệt từ phòng (để vận chuyển nó lên mái nhà)

Chi phí của một trung tâm dữ liệu được điều khiển bởi mật độ của nó (lượng máy chủ trên một mét vuông) và mức tiêu thụ điện năng của nó. (một số yếu tố khác cũng được đưa vào tài khoản nhưng không dành cho cuộc thảo luận này) Tổng bề mặt trung tâm dữ liệu được chia thành bề mặt được sử dụng bởi chính máy chủ, bởi hệ thống làm mát, bởi các tiện ích (điện ...) và bởi các phòng bảo trì. Nếu bạn có nhiều máy chủ trên mỗi rack, bạn cần làm mát nhiều hơn và vì vậy có nhiều không gian hơn để làm mát. Điều này giới hạn mật độ thực tế của trung tâm dữ liệu của bạn.

Thói quen

Một trung tâm dữ liệu là một cái gì đó rất phức tạp đòi hỏi rất nhiều độ tin cậy. Thống kê các nguyên nhân thời gian chết trong một trung tâm dữ liệu nói rằng 80% thời gian chết là do lỗi của con người.

Để đạt được mức độ tin cậy tốt nhất, bạn cần rất nhiều thủ tục và biện pháp an toàn. Vì vậy, trong lịch sử tại các trung tâm dữ liệu, tất cả các quy trình được thực hiện cho các hệ thống làm mát không khí và nước bị hạn chế sử dụng an toàn nhất nếu không bị cấm từ các trung tâm dữ liệu. Về cơ bản, nước không thể tiếp xúc với máy chủ.

Cho đến nay, không có công ty nào có thể đi kèm với một giải pháp làm mát nước đủ tốt để thay đổi vấn đề thực tế.

Tóm lược

• Kỹ thuật nước tốt hơn
• Thiết kế máy chủ và thiết kế trung tâm dữ liệu không thích ứng với việc làm mát nước
• Các quy trình bảo trì và an toàn hiện tại cấm sử dụng nước làm mát bên trong máy chủ
• Không có sản phẩm thương mại nào đủ tốt để sử dụng trong các trung tâm dữ liệu

Mặc dù chúng ta có một vài giá đỡ làm mát bằng nước (thực tế là HP, không biết liệu chúng có còn làm được không), làm mát nước trực tiếp là một trường học cũ ngày nay. Hầu hết các trung tâm dữ liệu lớn mới đang được xây dựng với các đường hầm hút mà bạn đẩy giá của mình vào, điều này sau đó kéo không khí xung quanh đi qua và trục xuất hoặc thu lại để tái sử dụng nhiệt thu được khi nó di chuyển qua thiết bị. Điều này có nghĩa là không làm lạnh chút nào và tiết kiệm một lượng lớn năng lượng, độ phức tạp và bảo trì, mặc dù nó hạn chế các hệ thống sử dụng giá đỡ / kích thước rất cụ thể và yêu cầu không gian giá đỡ dự phòng phải được 'làm trống' ở phía trước.

Nước là một dung môi phổ quát. Cho đủ thời gian, nó sẽ ăn qua MỌI THỨ.

Làm mát bằng nước cũng sẽ thêm một mức độ phức tạp đáng kể (và tốn kém) cho một trung tâm dữ liệu mà bạn ám chỉ trong bài viết của mình.

Các hệ thống chữa cháy ở hầu hết các trung tâm dữ liệu không chứa nước vì một số lý do rất cụ thể, thiệt hại do nước có thể lớn hơn thiệt hại do hỏa hoạn trong nhiều trường hợp và vì các trung tâm dữ liệu được giao nhiệm vụ thời gian hoạt động (với máy phát điện dự phòng, v.v.) , điều này có nghĩa là thật khó để cắt điện cho thứ gì đó (trong trường hợp hỏa hoạn) để phun nước lên nó.

Vì vậy, bạn có thể tưởng tượng nếu bạn có một số loại hệ thống làm mát nước phức tạp trong trung tâm dữ liệu của bạn, điều đó sẽ từ bỏ bóng ma trong trường hợp hỏa hoạn ?? Rất tiếc.

Tôi nghĩ rằng câu trả lời ngắn gọn là nó thêm phức tạp đáng kể. Đó không phải là vấn đề của không gian.

Nếu bạn có một lượng nước lớn để xử lý (đường ống, dòng chảy, v.v.), bạn sẽ gặp nhiều rủi ro ... nước và điện không trộn lẫn với nhau (hoặc chúng trộn quá tốt, tùy thuộc vào cách bạn nhìn vào nó).

Vấn đề khác với nước là độ ẩm. Ở quy mô lớn, nó sẽ ném tất cả các hệ thống điều hòa không khí của bạn cho một vòng lặp. Sau đó, có sự tích tụ khoáng sản từ sự bốc hơi, và không còn nghi ngờ gì nữa về những điều khác mà tôi không nghĩ đến ở đây.

KHÔNG nên sử dụng nước để làm mát trung tâm dữ liệu mà là một loại dầu khoáng trộn rất tốt với điện. xem http://www.datacenterledgeledge.com/archives/2011/04/12/green-revolutions-immersion-cooling-in-action/

mặc dù giải pháp mới là công nghệ khá cũ, tuy nhiên việc thực hiện loại thay đổi này thành các trung tâm dữ liệu hiện có trở nên rất khó khăn, vì bạn cần thay thế giá đỡ hiện tại bằng loại giá đỡ mới ...

Điều không thuận lợi cho việc không sử dụng nước trong các trung tâm dữ liệu là thực tế là hầu hết các hệ thống làm mát nước là nguyên thủy. Tất cả đều cần kết nối nhanh để kết nối máy chủ với nguồn nước trong giá và đó là một nguồn thất bại, đặc biệt là khi bạn có thể có hàng ngàn người trong một DC. Chúng cũng làm cho các máy chủ khó phục vụ hơn và trong hầu hết các trường hợp bạn vẫn cần người hâm mộ. Vì vậy, bạn đang thêm vào sự phức tạp.

Về phía con người, hầu hết các nhà quản lý cơ sở chống lại sự thay đổi. Họ rất thành thạo với việc làm mát không khí và chuyển sang chất lỏng sẽ khiến những kỹ năng đó trở nên lỗi thời. Hơn nữa mọi cơ sở OEM sẽ chống lại sự thay đổi vì nó sẽ ngụ ý một dòng sản phẩm hoàn chỉnh làm lại.

Thay đổi sẽ chỉ đi kèm với một) thiết kế làm mát chất lỏng tốt hơn và b) pháp luật để buộc thay đổi

Họ làm, nhưng bạn cần các thành phần thiết kế tùy chỉnh, OVH (một trong những công ty trung tâm dữ liệu lớn nhất trên thế giới) đang sử dụng nước làm mát trong hơn 10 năm.

Kiểm tra liên kết này nơi bạn có thể thấy giá đỡ của họ: http://www.youtube.com/watch?v=wrrZxmfevoE

Vấn đề chính của các công ty cổ điển là bạn cần thực hiện một số nghiên cứu và phát triển để sử dụng công nghệ như vậy.

Các trung tâm làm mát bằng nước rất hiệu quả và tiết kiệm chi phí năng lượng với điều kiện bạn có nước tinh khiết. tuy nhiên những nguy hiểm sẽ nhiều hơn nếu chúng tiếp xúc gần gũi. 1) độ ẩm / độ ẩm
2) nước aginst Điện.

Nước thực sự có thể không phải là chất lỏng tốt nhất để sử dụng. Như đã chỉ ra, nó sẽ hòa tan mọi / mọi thứ theo thời gian. Chắc chắn nước có công dụng tốt trong các ứng dụng làm mát, nhưng allaround không phải là tốt nhất. Tuy nhiên dầu khoáng cũng có thể xuất hiện, nó cũng không phải là lựa chọn tốt nhất để lựa chọn.

Dầu truyền nhiệt đặc biệt có sẵn không ăn mòn - không giống như nước - và được thiết kế đặc biệt để sử dụng làm chất lỏng truyền nhiệt. Paratherm làm cho một loạt các trong số này đã.

Vấn đề sẽ là kết nối các thiết bị trao đổi nhiệt vòng kín và chúng ta đang nói về số lượng lớn.

Giải pháp đã được thực hiện, nhưng không được sử dụng trong môi trường điện tử và có nguồn gốc từ máy móc nông nghiệp. Để đặt tên cho nó, thủy lực. Các đầu ống nhanh chóng là bằng chứng rò rỉ, nếu vì bất kỳ lý do gì, chúng bị ngắt kết nối, chúng cũng tự đóng chúng ở cả đầu nam và nữ. ở mức tồi tệ hơn, người ta sẽ có không quá 1-2 giọt nhỏ khi ngắt kết nối.

Vì vậy, chúng ta có thể loại bỏ phần đó. Thiết kế các bộ phận bằng đồng thích hợp phù hợp với mọi chip / mạch đơn cần được làm mát là một công việc đòi hỏi khắt khe. Như trong trường hợp làm mát bằng chất lỏng, mọi bộ phận cần loại bỏ nhiệt dư thừa cần được che lại. Nó sẽ cần một máy bơm áp lực tương đối cao, cảm biến áp suất và bộ khử để đảm bảo mỗi giá có lượng chất lỏng lưu thông thích hợp và để tránh sự cố. Van ngắt điện tử cũng sẽ cần thiết. Điều này không có gì mới vì những phần này đã được thực hiện, ngay cả khi cho các ý định khác nhau ở nơi đầu tiên. Nhiều quạt nhỏ có lợi thế dự phòng, vì vậy nhiều đơn vị bơm sẽ được mong muốn để ngăn ngừa khả năng thất bại một điểm.

Ngoài ra, nếu đó là một chu trình vòng kín thực sự, thì việc di chuyển một chất lỏng truyền nhiệt có độ nhớt thấp thay vì một lượng không khí khổng lồ sẽ tự nhiên trả hết.

Trên thực tế nó sẽ có nhiều cách để làm như vậy. Trước hết, chi phí điều hòa không khí và chi phí vận hành quạt sẽ được giảm. Đừng bao giờ đánh giá thấp những chi phí đó. Ngay cả một chiếc quạt nhỏ cũng có thể mất vài watt điện và quạt sẽ bị hỏng sau một thời gian. Một máy bơm thủy lực có thể chạy - xem xét áp suất thấp liên quan đến ứng dụng này - theo nghĩa đen trong nhiều năm 24/7, thay thế số lượng quạt khổng lồ. Tiếp theo, chip cấp máy chủ có thể chịu được sự lạm dụng và có thể chạy ở nhiệt độ rất cao so với các máy tính để bàn. Mặc dù vậy, giữ cho chúng mát hơn và tuổi thọ dự kiến ​​sẽ dài hơn mà không bao giờ được đánh giá thấp với giá của những thứ này. Lọc không khí để ngăn bụi và độ ẩm sẽ không cần thiết nữa.

Những yếu tố này vượt xa những nhược điểm của loại công nghệ làm mát này. Tuy nhiên, đầu tư ban đầu cao hơn. Chắc chắn giải pháp có thể cung cấp các thiết lập máy chủ mật độ cao hơn, nhưng tại thời điểm đầu tư đơn giản là không được xem xét bởi các trung tâm dữ liệu. Xây dựng lại một giải pháp làm mát hiện có sẽ mất thời gian và thời gian là tiền bạc. Phục vụ cũng sẽ rất dễ dàng vì tản nhiệt cồng kềnh đơn giản là không cần thiết, cũng không phải là người hâm mộ. Giảm số điểm thất bại tiềm năng (mỗi một quạt là một trong số chúng) là điều cần lưu ý, ngoài ra máy bơm dự phòng có thể hoạt động mà không có bất kỳ tương tác nào từ các nhà khai thác. Ngoài ra người hâm mộ cũng làm cho nhiệt. Hãy xem xét một đơn vị có 20 quạt bên trong mỗi quạt chỉ cho năng suất không quá 5 watt. Kết quả cuối cùng sẽ là 100 watt nhiệt khác để thoát khỏi bằng cách nào đó. Máy bơm và động cơ lái xe cũng sẽ làm nóng nhưng không bên trong một đơn vị rack. Thay vì tách biệt và tách biệt khỏi hệ thống mục tiêu. Trong trường hợp ngắn mạch nói rằng quần short phần tử hoạt động mạnh mẽ, loại làm mát bằng chất lỏng này thực sự có thể di chuyển đủ nhiệt và do đó làm giảm khả năng lan truyền lửa. Di chuyển không khí trong lành gần một ngọn lửa không phải là ý tưởng tốt nhất. Ngoài ra các bộ phận nhựa nóng chảy và các bộ phận nhựa là dễ cháy. Chất lỏng truyền nhiệt sẽ hoạt động vui vẻ ở nhiệt độ nơi quạt sẽ tan chảy có khả năng tạo cơ hội cho một nguồn ngắn mạch khác. Ngoài ra các bộ phận nhựa nóng chảy và các bộ phận nhựa là dễ cháy. Chất lỏng truyền nhiệt sẽ hoạt động vui vẻ ở nhiệt độ nơi quạt sẽ tan chảy có khả năng tạo cơ hội cho một nguồn ngắn mạch khác. Ngoài ra các bộ phận nhựa nóng chảy và các bộ phận nhựa là dễ cháy. Chất lỏng truyền nhiệt sẽ hoạt động vui vẻ ở nhiệt độ nơi quạt sẽ tan chảy có khả năng tạo cơ hội cho một nguồn ngắn mạch khác.

Vậy làm mát bằng chất lỏng có nguy hiểm không? Tôi nghĩ từ quan điểm an toàn, hàng đống người hâm mộ nhỏ nguy hiểm hơn nhiều. Theo quan điểm của tuổi thọ, làm mát bằng chất lỏng được ưa thích hơn nhiều theo quan điểm của tôi. Hạn chế duy nhất là đào tạo nhân viên và đầu tư ban đầu. Ngoài ra, đó là một giải pháp khả thi hơn rất nhiều, thanh toán tốt ngay cả trong thời gian giữa.

Nó hoạt động rất tuyệt nhưng tốn kém và mất thời gian để thiết lập cho hàng ngàn máy móc và tốn nhiều không gian. Cộng với nó không cần thiết. Các giàn chơi game có nhiều cách để đóng lại với nhau. Bất cứ điều gì với hệ thống thông gió tốt sẽ làm tốt với luồng khí 70f đẹp thậm chí chạy 100% mà họ hầu như không bao giờ làm.