Ανάλυση της βιομηχανίας υγρής ψύξης και ψυκτικού υγρού κέντρου δεδομένων
Με την καινοτόμο ανάπτυξη τεχνολογιών όπως η τεχνητή νοημοσύνη, το cloud computing, τα μεγάλα δεδομένα και το blockchain, έφτασε η εποχή της επικοινωνίας 5G που χαρακτηρίζεται από υψηλή ταχύτητα, χαμηλή καθυστέρηση και μεγάλη συνδεσιμότητα. Καθώς η υποδομή πληροφοριών, τα κέντρα δεδομένων και ο εξοπλισμός επικοινωνίας φέρουν αυξανόμενο υπολογιστικό φορτίο, ενώ αυξάνονται και οι απαιτήσεις για υπολογιστική απόδοση.
Προκειμένου να ανταποκριθούν στις προκλήσεις της απόδοσης επεξεργασίας δικτύου, οι διακομιστές κέντρων δεδομένων και οι συσκευές επικοινωνίας βελτιώνουν συνεχώς τις δυνατότητες επεξεργασίας και την ενσωμάτωσή τους, με αποτέλεσμα τη συνεχή αύξηση της πυκνότητας ισχύος. Αυτές οι αλλαγές όχι μόνο επιφέρουν τεράστια ζητήματα κατανάλωσης ενέργειας, αλλά και υψηλότερες απαιτήσεις για ψυκτικό εξοπλισμό και τεχνολογία λόγω της υψηλής πυκνότητας θερμότητας. Η παραδοσιακή τεχνολογία ψύξης αέρα παρουσιάζει ένα εμπόδιο απέναντι σε σενάρια υψηλής πυκνότητας θερμότητας και η απόδοση απαγωγής θερμότητας δεν μπορεί πλέον να συμβαδίσει με την υπολογιστική απόδοση. Σε αυτό το πλαίσιο, η τεχνολογία υγρής ψύξης έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή στη βιομηχανία λόγω της εξαιρετικά υψηλής ενεργειακής απόδοσης, της εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας θερμότητας και άλλων χαρακτηριστικών. Η τεχνολογία υγρής ψύξης είναι ο μόνος τρόπος για να λυθούν οι προκλήσεις της πίεσης απαγωγής θερμότητας και της εξοικονόμησης ενέργειας.
Η συνεχής αύξηση της υπολογιστικής ισχύος προωθεί την αύξηση της πυκνότητας ισχύος, θέτοντας νέες απαιτήσεις για την τεχνολογία ψύξης. Η συνεχής αύξηση της υπολογιστικής ισχύος προάγει τη συνεχή βελτίωση της απόδοσης του εξοπλισμού επικοινωνίας και η κατανάλωση ενέργειας και η πυκνότητα ροής θερμότητας αυξάνονται επίσης συνεχώς. Η πυκνότητα ισχύος κάθε γενιάς εξέλιξης προϊόντος αυξάνεται κατά 30-50 τοις εκατό . Η μέγιστη κατανάλωση ενέργειας της σύγχρονης CPU πλατφόρμας X86 είναι 300-400W και η υψηλότερη πυκνότητα ροής θερμότητας τσιπ του κλάδου έχει υπερβεί τα 120 W/cm2. Η συνεχής βελτίωση της πυκνότητας ισχύος του τσιπ περιορίζει άμεσα τη διάχυση και την αξιοπιστία της θερμότητας των τσιπ, και οι παραδοσιακές αερόψυκτες δυνατότητες απαγωγής θερμότητας γίνονται όλο και πιο δύσκολο να διατηρηθούν. Η αύξηση της πυκνότητας ισχύος των τσιπ οδήγησε επίσης σε αύξηση της πυκνότητας ισχύος ολόκληρου του θαλάμου, με το τρέχον μέγιστο να υπερβαίνει τα 30 kW/rack. Υψηλότερες προκλήσεις έχουν επίσης τεθεί στην τεχνολογία ψύξης των αιθουσών υπολογιστών. Η υγρή ψύξη, ως αναδυόμενη τεχνολογία ψύξης στα κέντρα δεδομένων, εφαρμόζεται για την επίλυση των αναγκών απαγωγής θερμότητας των ντουλαπιών υψηλής πυκνότητας ισχύος.
Η υγρή ψύξη έχει πλεονεκτήματα όπως χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή απαγωγή θερμότητας, χαμηλό θόρυβο και χαμηλό TCO. Η ψυκτική ικανότητα του υγρού είναι 1000-3000 φορές αυτή του αέρα. Η τεχνολογία υγρής ψύξης μπορεί να συνειδητοποιήσει τα πλεονεκτήματα της υψηλής πυκνότητας, του χαμηλού θορύβου, της χαμηλής διαφοράς θερμοκρασίας μεταφοράς θερμότητας και της γενικής δωρεάν ψύξης. Σε σύγκριση με την τεχνολογία αερόψυξης, έχει ασύγκριτα τεχνικά πλεονεκτήματα. Είναι μια εξαιρετική λύση ψύξης που μπορεί να εφαρμοστεί σε σενάρια όπου η υπολογιστική ισχύς, η ενεργειακή απόδοση και η πυκνότητα ανάπτυξης πρέπει να βελτιωθούν σημαντικά.
Το υγρό ψυκτικό είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες στην τεχνολογία υγρής ψύξης. Στην εφαρμογή της τεχνολογίας υγρής ψύξης εμβάπτισης (επαφής), εκτός από τις απαιτήσεις εξοπλισμού υλικού, το υγρό ψυκτικό είναι επίσης ένας από τους πιο κρίσιμους παράγοντες. Για ένα κατάλληλο ψυκτικό υγρό επαφής, απαιτείται:
1) καλές θερμοφυσικές ιδιότητες. Για την αλλαγή φάσης απαιτούνται υψηλή θερμική αγωγιμότητα, ειδική θερμοχωρητικότητα, χαμηλό ιξώδες και υψηλή λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης.
2) Χαμηλό σημείο πήξης και συντελεστής διαστολής.
3) Η μονοφασική υγρή ψύξη απαιτεί υψηλό σημείο βρασμού.
4) Η διφασική υγρή ψύξη απαιτεί κατάλληλο σημείο βρασμού και στενό εύρος βρασμού.
5) Έχει καλή χημική και θερμική σταθερότητα για ηλεκτρονικές συσκευές.
6) Υψηλό σημείο ανάφλεξης και θερμοκρασία αυτοανάφλεξης.
7) Χωρίς διαβρωτικά υλικά του συστήματος (μέταλλο, μη μέταλλο και άλλη οργανική ύλη.
8) Δεν απαιτούνται ή απαιτούνται ελάχιστοι ρυθμιστικοί περιορισμοί (φιλικός προς το περιβάλλον, μη τοξικός, βιοαποδομήσιμος κ.λπ.).
9) Οικονομία.
Επί του παρόντος, η τεχνολογία αερόψυξης είναι μια από τις πιο ώριμες και ευρέως χρησιμοποιούμενες λύσεις ψύξης στα κέντρα δεδομένων. Τα τελευταία χρόνια, στο πλαίσιο της πολιτικής «διπλού άνθρακα», ο δείκτης PUE των κέντρων δεδομένων μειώνεται συνεχώς και οι περισσότερες περιφέρειες απαιτούν η απόδοση χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας να μην υπερβαίνει το 1,25 και προωθούν ενεργά την αναβάθμιση και τον μετασχηματισμό των κέντρων δεδομένων. Με την ταχεία ανάπτυξη των διακομιστών, ο τρόπος περαιτέρω μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας και επίτευξης πράσινης ανάπτυξης των κέντρων δεδομένων έχει γίνει το επίκεντρο της προσοχής της βιομηχανίας.
