טכנולוגיית קירור נוזלים - דרך חדשה לחיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה למרכזי נתונים
בעידן הכלכלה הדיגיטלית והאינטרנט של הדברים, חישוב ועיבוד נתונים מאסיביים מצריכים הרחבה מתמשכת של קנה המידה התשתית של מרכזי הנתונים, מה שמביא גם לבעיה של עלייה חדה בצריכת האנרגיה. על פי "דוח המחקר על פיתוח התשתית החדשה" של סין, עד שנת 2025, מרכזי נתונים גלובליים יהוו את הנתח הגדול ביותר של צריכת האנרגיה העולמית, עד 33%. בסין, צריכת החשמל של מרכזי נתונים לאומיים הייתה גדל בשיעור של למעלה מ-12% במשך שמונה שנים רצופות, ושיעור צריכת החשמל בחברה ימשיך לעלות בעתיד.
צריכת האנרגיה של מרכזי נתונים מגיעה בעיקר משני היבטים: צריכת החשמל של השרתים עצמם, וכוח הקירור הנדרש לקירור השרת. עם שיפור כוח המחשוב במרכזי נתונים, ההשקעה הגדולה ביותר עבור מרכזי נתונים חדשים שנבנו אינה הבניין עצמו, אלא עלות הציוד להבטחת אספקת החשמל ועלות קירור הדאטה סנטר. לפי הסטטיסטיקה, מערכת הקירור במרכזי הנתונים מהווה כ-40% מצריכת האנרגיה של כל הדאטה סנטר.
טכנולוגיית קירור נוזלי מתייחסת לשימוש בנוזל כמדיום להעברת חום כדי להחליף חום לרכיבי חימום ולהוציא חום, במקום לקירור עקיף דרך אוויר כמו קירור אוויר. לנוזל יש אפקט מוליכות תרמית טוב יותר, פי 25 מאוויר, ואפקט העברת טמפרטורה מהיר וטוב יותר. בינתיים, בשל קיבולת החום הסגולית הגדולה של נוזלים, הטמפרטורה שלהם לא משתנה באופן משמעותי לאחר ספיגת כמות גדולה של חום, ובכך מייצבת את טמפרטורת המעבד. ניתן לחלק את טכנולוגיית קירור הנוזל לשלושה סוגים: סוג ריסוס, סוג טבילה וסוג פלטה קרה.
קירור נוזלי מסוג תרסיס:
אחסן נוזלים וחורים פתוחים בחלק העליון של השלדה, מה שמאפשר לנוזל הקירור להתיז על גוף החימום בהתאם למיקומו ולגודל יצירת החום שלו, להשגת מטרת קירור הציוד. הנוזל המרוסס בא במגע ישיר עם המכשיר המקורר, וכתוצאה מכך יעילות קירור גבוהה; עם זאת, במהלך תהליך הריסוס, הנוזל יחווה סחיפה והתאדות בעת מפגש עם עצמים בטמפרטורה גבוהה. טיפות ערפל וגזים ייפלטו לאורך הרווחים בחורי השלדה אל הצד החיצוני של השלדה, ויגרמו לירידה בניקיון סביבת חדר המחשבים או ישפיעו על ציוד אחר.
קירור נוזלי מסוג טבילה:
רכיבים אלקטרוניים טבולים ישירות בנוזל דיאלקטרי, אשר מונח במיכל אטום אך נגיש בקלות, והחום מועבר מהרכיבים האלקטרוניים לנוזל. בדרך כלל, משאבת מחזור משמשת להזרמת תמיסת הפלואוריד האלקטרונית המחוממת אל מחליף חום, שם היא מתקררת ומסתובבת בחזרה לתוך המיכל. ניתן לחלק את סוג הטבילה לשני סוגים: חד פאזי ודו פאזי. בקירור נוזל טבילה חד פאזי, נוזל הפלואור האלקטרוני נשאר במצב נוזלי; בקירור נוזל טבילה דו-שלבי, תהליך הרתיחה והעיבוי של נוזל הפלרה אלקטרוני משפר באופן אקספוננציאלי את יעילות העברת החום של הנוזל.
קירור נוזלי צלחת קרה:
קירור ישיר של השבב על ידי זרימת מדיום נוזלי דרך משאבה דרך צלחת קרה המורכבת לרכיבים אלקטרוניים לפיזור חום. נוזלים אינם באים במגע ישיר עם מכשירים אלקטרוניים. למרות שנוזלים לא דיאלקטריים (כגון מים/אתילן גליקול) משמשים בדרך כלל לקירור ישיר של שבבים, ניתן להשתמש בנוזלי הפלרה אלקטרוניים דיאלקטריים גם ליישומי שבב ישירים, להפחית סיכונים הקשורים לדליפה ולשפר את אמינות החומרה/ציוד ה-IT. ניתן להשתמש בטכנולוגיות חד פאזיות ודו פאזיות כדי להשיג קירור ישיר של שבבים.
נכון לעכשיו, טכנולוגיית קירור נוזלים יושמה ואומתה במספר מרכזי נתונים מקומיים וזרים. לְדוּגמָה:
Alibaba Cloud: בשנת 2018 השיקה Alibaba Cloud את אשכול מחשוב העל הראשון בעולם המבוסס על טכנולוגיית קירור נוזלי סוחף - X-Dragon Super Computing Cluster. אשכול זה מאמץ פתרון קירור נוזלי טבילה דו-פאזי, הטבילה מלאה של שרתים בתמיסת פלואוריד והשגת פיזור חום יעיל באמצעות הרתחה ועיבוי של תמיסת פלואוריד. על פי Alibaba Cloud, אשכול זה יכול להפחית את צריכת החשמל של השרת ב-50%, לשפר את יעילות הקירור ב-80% ולחסוך מקום במרכז הנתונים ועלויות תחזוקה.
Tencent Cloud בנתה את מרכז הנתונים הראשון בעולם המבוסס על טכנולוגיית קירור נוזלים בהתזה, Guiyang T3 Data Center, בגוויג'ואו בשנת 2019. מרכז הנתונים מאמץ סכימת קירור נוזל בהתזה, המרססת תמיסת פלואוריד בצורה אטומה מעל השרת ומשיגה פיזור חום. באמצעות חילופי חום בין תמיסת הפלואוריד לאוויר. לפי Tencent Cloud, מרכז הנתונים יכול להפחית את ה-PUE מתחת ל-1.2, לחסוך 30% משטח חדר המחשב ולשפר את הביצועים והאמינות של השרת.
מיקרוסופט הטביעה את Project Natick, מרכז נתונים המבוסס על טכנולוגיית קירור נוזל שקוע, מתחת לים בסקוטלנד בשנת 2020. מרכז הנתונים מאמץ סכימת קירור נוזל טבילה חד-פאזי, הטבילה לחלוטין את השרת במיכל לחץ מלא בחנקן ומשתמש במי ים עבור פיזור חום. לדברי מיקרוסופט, מרכז הנתונים מסוגל להשיג אספקת אנרגיה עצמאית ובעל אמינות ואבטחה גבוהות יותר.
עם התרחבות מתמשכת של קנה המידה של מרכזי הנתונים, הגדלת צפיפות המחשוב, הגדלת עלויות האנרגיה והגדלת הדרישות הסביבתיות, טכנולוגיית קירור האוויר המסורתית אינה מסוגלת עוד לענות על צורכי הפיתוח של מרכזי נתונים. לטכנולוגיית קירור נוזלים, לעומת זאת, יש יתרונות ברורים כמו חיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה, התאמה סביבתית, עיצוב גמיש, ניצול חום פסולת וידידותיות לסביבה, מה שהופך אותה לכיוון הפיתוח העתידי של טכנולוגיית קירור מרכזי הנתונים.
