लिक्विड कूलिंग स्विचबोर्ड का थर्मल डिज़ाइन
इंटरनेट, क्लाउड कंप्यूटिंग और बड़ी डेटा सेवाओं की वृद्धि के साथ, डेटा केंद्रों की कुल ऊर्जा खपत बढ़ रही है, और उनकी ऊर्जा दक्षता पर भी अधिक से अधिक ध्यान दिया जा रहा है। डेटा आंकड़ों के अनुसार, चीन में डेटा केंद्रों का औसत पावर उपयोग दक्षता (पीयूई) मूल्य 1.49 है, जो कि नए बड़े डेटा केंद्रों के लिए राष्ट्रीय विकास और सुधार आयोग द्वारा प्रस्तावित आवश्यकता 1.25 से काफी अधिक है। PUE को कम करना अत्यावश्यक है, नेटवर्क उपकरण निर्माता चिप्स के उच्च प्रदर्शन को सुनिश्चित करते हुए ऊर्जा खपत को कैसे कम कर सकते हैं? शीतलन प्रणाली, प्रदर्शन और ऊर्जा खपत दोनों को प्रभावित करने वाले एक प्रमुख कारक के रूप में, डेटा सेंटर सुधार का केंद्र बन गई है, और तरल शीतलन तकनीक, अपने अद्वितीय लाभों के कारण, धीरे-धीरे मुख्यधारा के शीतलन समाधान के रूप में पारंपरिक वायु शीतलन की जगह ले रही है।
हमने पाया कि डेटा केंद्रों की औसत ऊर्जा खपत 33% तक है, जो डेटा केंद्रों की कुल ऊर्जा खपत के एक तिहाई के करीब है। ऐसा इसलिए है क्योंकि डेटा केंद्रों में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक एयर-कूल्ड कूलिंग प्रणाली शीतलन माध्यम के रूप में बहुत कम विशिष्ट ताप क्षमता वाली हवा का उपयोग करती है, जो सीपीयू और अन्य ताप स्रोतों से गर्मी को आईटी से दूर हीट सिंक में स्थानांतरित करने के लिए उपकरण के अंदर प्रशंसकों द्वारा संचालित होती है। उपकरण, गर्मी अपव्यय और शीतलन के लिए हवा प्रसारित करने के लिए फैन कॉइल हीट एक्सचेंजर्स या एयर कंडीशनिंग प्रशीतन का पुन: उपयोग करना भी वायु शीतलन की एक आवश्यक सीमा है। इसलिए, शीतलन प्रणाली की ऊर्जा दक्षता को कैसे हल किया जाए यह नए नीति परिवेश में उपकरण निर्माताओं के सामने एक तकनीकी पुनरावृत्ति चुनौती बन गई है।
डिवाइस चिप गर्मी लंपटता आवश्यकताओं के परिप्रेक्ष्य से। स्विच चिप्स के विकास के साथ, हालांकि उच्च-प्रदर्शन चिप प्रक्रियाएं (जैसे 5nm) यूनिट कंप्यूटिंग बिजली की खपत को प्रभावी ढंग से कम कर सकती हैं, क्योंकि स्विच चिप की बैंडविड्थ 51.2Tbps तक बढ़ जाती है, एकल चिप की कुल बिजली खपत लगभग बढ़ गई है 900W. डिवाइस चिप की गर्मी अपव्यय समस्या को कैसे हल किया जाए यह समग्र हार्डवेयर डिज़ाइन में एक कठिन बिंदु बन गया है। एयर-कूल्ड सिस्टम की शीतलन क्षमता अपनी सीमा तक पहुंचने वाली है। भले ही एयर-कूल्ड हीट सिंक स्विचों की वर्तमान गर्मी अपव्यय समस्याओं को हल कर सकते हैं, लेकिन जब 102.4/204.8Tbps मुख्यधारा बन जाएगा और भविष्य में चिप बिजली की खपत बढ़ जाएगी तो वे अंततः अपर्याप्त होंगे। इसलिए, अगली पीढ़ी के आईटी उपकरणों के लिए अधिक कुशल तरल शीतलन तकनीक उभरी है। अगले 5-10 वर्षों में, उद्योग में यह आम सहमति बन गई है कि डेटा केंद्रों में एयर-कूल्ड कूलिंग को धीरे-धीरे लिक्विड कूलिंग से बदल दिया जाएगा।
वर्तमान तरल शीतलन तकनीक को मुख्य रूप से एकल-चरण तरल शीतलन और दो-चरण तरल शीतलन में विभाजित किया गया है। एकल चरण तरल शीतलन से तात्पर्य शीतलन तरल से है जो परिसंचारी गर्मी अपव्यय प्रक्रिया के दौरान अपनी तरल अवस्था को बनाए रखता है, और उच्च विशिष्ट गर्मी क्षमता के माध्यम से गर्मी को आसानी से दूर ले जाता है। दो चरण तरल शीतलन परिसंचरण गर्मी अपव्यय प्रक्रिया के दौरान शीतलक के चरण परिवर्तन को संदर्भित करता है, जहां शीतलक अत्यधिक उच्च गैसीकरण गुप्त गर्मी के माध्यम से उपकरण की गर्मी को दूर ले जाता है। अन्य तरीकों की तुलना में, एकल-चरण तरल शीतलन में कम जटिलता होती है और इसे प्राप्त करना आसान होता है, और इसकी गर्मी अपव्यय क्षमता डेटा केंद्रों में आईटी उपकरणों का समर्थन करने के लिए पर्याप्त है, जिससे यह वर्तमान संतुलन विकल्प बन जाता है।
एकल चरण तरल शीतलन को कोल्ड प्लेट तरल शीतलन और विसर्जन तरल शीतलन में विभाजित किया गया है। कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग उपकरण के मुख्य हीटिंग डिवाइस पर लिक्विड कूलिंग प्लेट को ठीक करती है, जो गर्मी को दूर ले जाने और गर्मी अपव्यय के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए कोल्ड प्लेट के माध्यम से बहने वाले तरल पर निर्भर करती है; विसर्जन तरल शीतलन पूरी मशीन को सीधे शीतलक में डुबोने की प्रक्रिया है, जो सर्वर जैसे उपकरणों के संचालन से उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए तरल के प्राकृतिक या मजबूर परिसंचरण पर निर्भर करती है।
कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग के फायदों में शामिल हैं: समग्र कंप्यूटर कक्ष में न्यूनतम संशोधन, केवल रैक, कूलिंग डिस्ट्रीब्यूशन यूनिट (सीडीयू), और जल आपूर्ति प्रणाली में संशोधन की आवश्यकता है। इसके अलावा, कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग में व्यापक प्रकार के कूलेंट का उपयोग किया जा सकता है और विसर्जन कूलिंग की तुलना में बहुत कम आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रारंभिक निवेश लागत कम होती है। इसके अलावा, कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग उद्योग श्रृंखला बाजार में अधिक परिपक्व और अधिक स्वीकार्य है।
विसर्जन तरल शीतलन के फायदों में शामिल हैं: (1) उपकरण के साथ शीतलक के सीधे संपर्क के कारण, गर्मी अपव्यय क्षमता मजबूत होती है, और उपकरण के अधिक गर्म होने का जोखिम कम होता है; (2) इमर्सिव लिक्विड कूलिंग उपकरण को पंखे की आवश्यकता नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम कंपन होता है और हार्डवेयर उपकरण की सेवा जीवन लंबा हो जाता है; (3) डूबे हुए तरल शीतलन मशीन कक्ष के किनारे पर ठंडे पानी की आपूर्ति का तापमान अधिक होता है, और बाहरी हिस्से में गर्मी को नष्ट करना आसान होता है। इसलिए, मशीन रूम की साइट का चयन अब एयर-कूल्ड युग की तरह क्षेत्र और तापमान तक सीमित नहीं है।
डेटा सेंटर स्विच में लिक्विड कूलिंग तकनीक का अनुप्रयोग न केवल उनकी अपनी थर्मल समस्याओं को हल करता है, बल्कि लिक्विड कूलिंग सर्वर के साथ एकीकृत तैनाती को भी सक्षम बनाता है, जिससे डेटा सेंटर बुनियादी ढांचे के एकीकृत निर्माण और संचालन की सुविधा मिलती है। लिक्विड कूलिंग प्रदर्शन को अधिकतम करने, अधिक अच्छे डेटा सेंटर उत्पादों को विकसित करने और संयुक्त रूप से हरित डिजिटल अर्थव्यवस्था का निर्माण करने के लिए नई प्रौद्योगिकियों के आदान-प्रदान का समर्थन करता है।
