Kev tsim kho thiab kev sib tham ntawm Liquid-Cooling Data Center Engineering Technology

 

Txij li thaum lub peev xwm kub ntawm cov kua hauv ib chav tsev yog li 1, 000 lub sij hawm ntawm huab cua, kua cua txias (kub dissipation) muaj peev xwm txias ntau dua li cov pa cua txias. Nws yog ib qho kev daws teeb meem zoo rau dissipating tshav kub uas tsim los ntawm ultra-high heat flux densities. Xyoo 1964, txhawm rau hais txog qhov kub dhau thiab poob qis ntawm cov mainframes loj, IBM tau tsim lub ntiaj teb thawj lub tshuab ua dej txias txias, lub System360, pioneering kua-cooled computers. Tsis ntev los no, uas tau tsav los ntawm lub teb chaws thiab hauv zos cov cai tswj kev siv hluav taws xob hauv zej zog, cov tshuab ua kua txias tau rov qab tau txais kev pom zoo hauv cov ntaub ntawv chaw lag luam, ua rau muaj kev txhim kho ntawm cov kua-txias data center engineering technologies.

 

 

Kuv Txoj Kev Ua Kua Dej Txias Txias

 

Hauv kev txiav txim siab dav dav, kua txias yog hais txog txhua yam thev naus laus zis ntsig txog cov kua txias. Kev lag luam tau paub txog cov txheej txheem xws li kev txhim kho cov dej txias txias rau ntawm lub nraub qaum ntawm cov racks, uas yog suav tias yog kua txias, poob rau hauv lub tswv yim dav ntawm cov kua txias. Tuam Tshoj lub koom haum ntawm Electronics (CIE), thaum lub sij hawm txoj kev loj hlob ntawm ib tug series ntawm kua-txias cov ntaub ntawv chaw tsim qauv qauv, qhia meej lub tswv yim ntawm cov kua txias los ntawm kev sib tham txog kev lag luam. Raws li lawv cov ntsiab lus, cov kua txias tshwj xeeb yog hais txog kev tshem tawm cov cua sov ncaj qha los ntawm cov khoom siv hluav taws xob siv cov kua, yog li lub ntsiab lus nqaim ntawm cov kua txias tsuas yog hais txog cov txheej txheem cua txias hauv lub server.

 

Los ntawm qhov kev xav ntawm lub ntsiab lus nqaim ntawm cov kua txias, nws tuaj yeem muab faib ua ob pawg tseem ceeb: kev sib cuag ncaj qha ntawm cov kua txias nrog cov khoom siv hluav taws xob lossis kev sib cuag tsis ncaj los ntawm cov khoom siv thermal conductivity. Cov no tuaj yeem muab faib ntxiv raws li daim ntawv ntawm kev sib cuag, hom kua txias, thiab seb cov kua txias puas tau hloov mus rau theem. Cov txheej txheem ua kua txias feem ntau suav hais tias poob rau yim pawg (saib Daim duab 1).

 

▲ Table 1: Kev faib ua kua ua kua txias

 

 

II Kev Xav Tau Liquid Cooling hauv Data Center Scenarios

 

Zoo li cov tshuab cua txias uas siv rau hauv cov chaw khaws ntaub ntawv, lub luag haujlwm ntawm cov kua txias yog tshem tawm cov cua sov uas tsim los ntawm cov khoom siv IT xws li cov servers thiab lwm yam khoom siv (piv txwv li, UPS roj teeb) kom tswj tau qhov chaw ruaj khov nrog qhov kub thiab av noo. nyob rau hauv cov ntaub ntawv center.

 

Ua ntej, qhov kev xav tau ntawm cov cua kub dissipation yog qhov tseem ceeb ntawm kev tsav tsheb tom qab kev txhim kho cov tshuab ua kua txias. Raws li qhov kev thov rau kev ua cov ntaub ntawv muaj peev xwm loj hlob sai, kev sib koom ua ke ntawm cov khoom siv hluav taws xob zoo li yuav txuas ntxiv mus ntxiv rau yav tom ntej. Qhov no yuav ua rau kom muaj zog ceev thiab kub flux ceev. Qhov kev xav tau kom ceev cov ntaub ntawv xa mus ceev thiab txhim kho cov neeg siv yooj yim yuav ua rau muaj kev sib koom ua ke ntau dua ntawm cov khoom siv, uas yuav ua rau kom muaj cua sov ntau dua rau cov khoom siv IT xws li servers. Qhov no tseem yuav txhawb nqa ib puag ncig kev xav tau rau kev ua haujlwm. Yog li ntawd, huab cua txias yuav xav tau kev ceev dua, cov kiv cua loj dua thiab cov cua kub loj dua, uas ua rau muaj suab nrov, muaj kev cuam tshuam rau ib puag ncig ntau dua, thiab nce kev tsim kho thiab kev khiav hauj lwm cov nqi. Cov kua dej txias muaj qhov zoo dua tus nqi-kev ua tau zoo.

 

Qhov thib ob, cov cai tswj kev siv hluav taws xob tau ua rau kev siv cov tshuab ua kua txias. Lwm qhov laj thawj tseem ceeb ntawm cov ntaub ntawv chaw lag luam yog tsom rau cov kua dej txias yog vim lub teb chaws thiab lub zog tswj kev tswj hwm hauv zos. Lub teb chaws thiab hauv cheeb tsam yuav tsum tau rau cov ntaub ntawv Center Power Usage Effectiveness (PUE) tau dhau los ua nruj dua, nqa cov kua dej txias rau hauv qhov tsom teeb ntawm cov ntaub ntawv chaw lag luam. Lub teb chaws tus qauv tshiab kawg, Cov Ntaub Ntawv Lub Zog Hluav Taws Xob Limit Cov Nqis thiab Cov Qib Zog Hluav Taws Xob (GB 40879-2021), yuav tsum muaj kev siv hluav taws xob qis dua 1.3, uas nyuaj rau kev ua tiav kev siv cua txias ib leeg nyob rau hauv feem ntau ntawm lub teb chaws, xav tau cov siv cov tshuab ua kua txias.

 

Thirdly, qhov yooj yim ntawm cov khib nyiab rov qab tuaj yeem ua rau kev siv cov kua txias hauv cov chaw khaws ntaub ntawv. Cov chaw zov me nyuam cov ntaub ntawv uas tau tsim los ntawm kev siv cov kua ua kom txias muaj cov cua sov zoo dua qub thiab yooj yim dua rov qab. Cov dej khib nyiab rov qab ua haujlwm hauv cov ntaub ntawv ua kua-txias yog ib txoj hauv kev zoo kom ua tiav kev siv hluav taws xob zoo thiab txhim kho kev siv hluav taws xob. Qee cov kws tshawb fawb twb tau npaj lub tswv yim ntawm kev tsim cov ntaub ntawv loj loj los ua qhov chaw sov rau cov nroog lossis cov chaw ua si.

 

 

III Kev Txhim Kho ntawm Liquid-Cooled Data Center Engineering Technology

 

Cov txheej txheem ntawm kev tshem tawm cov cua sov uas tsim los ntawm cov khoom siv hluav taws xob los ntawm cov kua cua txias tsuas yog qhov pib ntawm cov txheej txheem cua txias hauv cov ntaub ntawv chaw. Kev tsim hluav taws xob txuas ntxiv los ntawm cov chips hluav taws xob yuav tsum tau ua haujlwm ruaj khov, ruaj khov, thiab txhim khu kev qha ntawm cov ntaub ntawv txias txias cov ntaub ntawv chaw tsim khoom siv tshuab los tswj cov chip txias.

 

Cov hauv paus ntsiab lus thiab kev coj ua ntawm cov kua txias txawv ntawm cov cua txias. Tshwj xeeb, cov ntsiab lus ntawm cov cua kub dissipation thiab cua txias qhia qhov sib txawv me me: pib los ntawm qhov kub siab tshaj hauv chav tsev lossis hauv qab chav tsev kub. Txhawm rau txhim kho cov kua-txias cov ntaub ntawv chaw tsim khoom siv tshuab thev naus laus zis zoo dua, cov chips hluav taws xob tau saib raws li lub hauv paus, nrog rau lub hom phiaj ntawm kev xa cov cua sov los ntawm cov chips mus rau sab nraum cov ntaub ntawv chaw, ua kom ruaj khov ntawm cov khoom siv IT. Yog li, kua-txias data center engineering technology muab faib ua thawj thiab theem nrab ua kom txias. Lub tswv yim no txawv ntawm cov thawj thiab thib ob sab ntawm cov ntaub ntawv qhia chaw huab cua txias.

 

Thawj cov txheej txheem ua kom txias ntawm cov kua-txias cov ntaub ntawv chaw tsim khoom siv tshuab ua kom cov cua kub kub flux ntom ntom ntawm cov khoom siv hluav taws xob IT thiab hloov cov cua sov tawm sab nraum lub khib. Nws kuj tseem hu ua kev ua kom txias (kub dissipation), thawj qhov cua txias, cua txias sab hauv, lossis cua txias sab hauv. Cov txheej txheem ua kom txias yog nruj me ntsis raws li cov txheej txheem ua kua txias, thiab feem ntau suav nrog lub voj kaw ntawm cov khoom siv ua kua txias lossis cov khoom siv ntawm lub nti kawg, chav faib khoom cua txias (CDU), cov tshuab ua kom txias, thiab cov kav dej. Lub tshuab ua kom txias txias (CDU) muaj cov twj tso kua mis thiab cov khoom siv hluav taws xob sib hloov, muab lub zog ncig rau cov kua dej txias. Ib qho tseem ceeb ntawm cov txheej txheem ua kom txias yuav ua rau muaj qhov kub thiab txias ntawm CDU mus rau cov khoom siv cua txias los yog cov khoom ntawm lub nti kawg. Lub coolant pauv cov cua sov nrog cov chips los ntawm kev sib cuag ncaj qha los yog kev sib cuag tsis ncaj los ntawm cov khoom siv thermal conductivity xws li hlau. Cov cua kub uas muaj cua sov los yog cov cua txias txias tom qab ntawd ntws rov qab mus rau CDU ntawm cov kav dej, qhov uas nws sib pauv cua sov nrog cov cua txias thib ob. Tom qab txias, cov cua txias qis yog tsav rov qab mus rau cov khoom siv cua txias lossis cov khoom siv ntawm cov nti kawg los ntawm CDU, ua tiav tag nrho lub voj voog. Feem ntau cov coolants siv nyob rau hauv thawj txheej txheem cua txias xws li ethylene glycol daws, propylene glycol daws, deionized dej, thiab lwm yam, thiab ib co kev daws teeb meem siv fluorinated kua, tab sis lub cev yuav tsum tau rau coolants sib txawv heev nyob rau hauv sib txawv kua txias tov.

 

Lub tshuab ua kom txias txias (CDU) yog ib qho khoom siv feem ntau siv. Ib tug raug CDU architecture yog qhia nyob rau hauv daim duab 1. Ntxiv nrog rau kev muab kev ncig lub zog thiab kev sib hloov cua sov rau lub coolant nyob rau hauv thawj txheej txheem cua txias, cov khoom no kuj ua hauj lwm rau lub luag hauj lwm ntawm distributing lub zog txias (tsis yog coolant txaus). Yog li ntawd, nws feem ntau muaj cov haujlwm hauv qab no:

 

1) Kub thiab ntws tswj: Dynamic saib xyuas ntawm coolant kub thiab ntws nyob rau hauv thawj txheej txheem txias los ntawm kub thiab txaus sensors. Raws li cov qauv tsim hauv, CDU dynamically kho lub coolant qhov kub thiab txias, txaus, los yog muab siab los muab txaus txias peev xwm thaum tsis txhob condensation nyob rau hauv thawj lub voj voog.

2) Xyuas kom lub cev sib cais ntawm thawj coolant thiab theem nrab coolant.

3) Online los yog hla kev pom ntawm lub coolant.

4) Txhawb nqa kev tswj hwm network.

 

▲ Daim duab 1: Ib Yam Kev Ua Txias Txias Txias (CDU) Architecture

 

Cov txheej txheem txias thib ob ntawm cov ntaub ntawv txias-txias cov ntaub ntawv chaw tsim khoom siv hluav taws xob hloov cov cua sov tawm los ntawm cov txheej txheem cua txias sab nraum cov ntaub ntawv chaw, tseem hu ua kev ua kom txias txias, cua txias sab nraud, cua txias sab nraud, lossis cua sov dissipation. Qhov thib ob coolant nyob rau hauv cov txheej txheem no yuav ua tau cua, dej txias, dej-raws li kev daws teeb meem (xws li, ethylene glycol daws, glycerin dlaws), los yog refrigerants, collectively hu ua lwm yam coolants. Yog tias huab cua siv los ua cov cua txias thib ob, cov txheej txheem cua txias thib ob yog zoo li cov txheej txheem cua txias hauv cov ntaub ntawv chaw. Yog tias siv cov kua dej raws li kev siv, cov dej txias thib ob yog siv rau hauv qhov hu ua lub voj voog thib ob.

 

Kev sib pauv cua sov ntawm lub hauv paus thiab theem nrab cua txias voj voog tshwm sim hauv CDU. Tom qab kev sib pauv cua sov hauv CDU, qhov kub-kub thib ob coolant nkag mus rau qhov chaw txias lossis cov khoom siv hluav taws xob pov tseg, xa cov cua sov mus rau ib puag ncig lossis ua kom nws rov qab siv dua. Qhov thib ob coolant ces ntws rov qab mus rau hauv lub tshav kub exchanger tom qab txias, ua kom tiav ib tug tag nrho lub voj voog. Cov cua txias tuaj yeem yog lub tshuab ua kom txias, txias txias, chiller, thiab lwm yam. Txij li thaum thawj txheej txheem cua txias tso cai rau cov cua txias hauv nruab nrab kom ncav cuag 30 degree los yog siab dua, qhov cua txias tuaj yeem ua haujlwm tsuas yog ntawm cov cua txias, uas piav qhia vim li cas cov dej txias. thev naus laus zis tuaj yeem ua tiav qhov zoo tshaj plaws Kev Siv Hluav Taws Xob (PUE). Daim duab kos duab ntawm cov kua cua txias engineering yog qhia hauv daim duab 2.

 

▲ Daim duab 2: Liquid Cooling Engineering Technology Diagram

 

Qee lub tshuab ua kua txias siv cov qauv tsim raws li cov txheej txheem ua kom txias, qhov uas cov coolant ncaj qha hloov cov cua sov mus rau ib puag ncig. Txawm li cas los xij, feem ntau, qhov no yuav tsum muaj cov qauv purity siab ntawm lub cev rau lub coolant, nce nqi. Yog hais tias cov kav dej ntev dhau lawm, tag nrho kev lag luam ntawm qhov system raug cuam tshuam. Yog li ntawd, thawj cov qauv cua txias yog qhov zoo tshaj plaws rau kev teeb tsa compact.

 

 

IV Kev Sib Tham Txog Kev Txhim Kho Yav Tom Ntej ntawm Cov Ntaub Ntawv Ua Kua-Cooled Data Centers

 

Zuag qhia tag nrho, kev txhim kho yav tom ntej ntawm cov ntaub ntawv ua kua-txias cov chaw tseem muaj qhov tsis paub tseeb.

 

Ua ntej, kev tsav tsheb rau kev txhawb nqa cov tshuab ua kua txias yuav tseem ua raws li qhov kev xav tau ntawm cov khoom siv cua txias (heat dissipation). Txawm li cas los xij, qhov no yog tsim los ntawm kev kwv yees ntawm cov qauv yav tom ntej hauv kev tsim hluav taws xob nti, nrog rau kev xav tias tus nqi-zoo ntawm cov tshuab ua kua txias yuav maj mam tsim kom zoo dua cov tshuab cua txias. Txawm li cas los xij, tseem muaj qhov ua tau tias tus nqi siab ntawm cov kua txias tuaj yeem ua rau lwm txoj hauv kev tsim cov chips uas txo cov cua txias thiab cov cua kub dissipation.

 

Qhov thib ob, kev tsim kho thiab kev siv cov qauv ntawm cov chaw ua kua-txias cov ntaub ntawv sib txawv ntawm cov chaw ua haujlwm huab cua txias. Cov yam ntxwv ntawm cov ntaub ntawv ua kua-txias yog qhov siab ntawm kev sib txuas ntawm cov khoom siv IT thiab cov txheej txheem. Nyob rau hauv cov ntsiab lus ntawm cov txheej txheem kev thiab kev cia siab rau kev ruaj ntseg, lawv qhov tseem ceeb tsis tuaj yeem ua tiav tib theem ntawm kev sib cais raws li cov chaw ua haujlwm huab cua txias. Yog li ntawd, ntau yam kev daws teeb meem thiab cov neeg muag khoom siv ua haujlwm ntau ntawm nws tus kheej ntawm ib leeg. Cov tswv ntawm cov ntaub ntawv yuav zoo li yuav ua rau muaj kev cuam tshuam rau ib qho kev daws teeb meem tshwj xeeb. Kev siv cov tshuab ua kua txias hauv cov ntaub ntawv tuaj yeem pom tau tias yog kev txhim kho raws li kev cuam tshuam ntawm cov qauv kev lag luam qub, kev tsim qauv, thiab cov qauv kev lag luam ntawm cov chaw ua haujlwm huab cua txias. Traditional txee leasing cov kev pab cuam feem ntau siv tsis tau rau cov ntaub ntawv ua kua-txias. Qhov no nthuav tawm ib qho teeb meem tseem ceeb rau kev txhawb nqa ntxiv ntawm cov tshuab ua kua txias.

 

Thib peb, kev ntseeg siab ntawm cov ntaub ntawv ua kua-txias cov chaw tseem xav tau kev lees paub. Txawm hais tias tam sim no cov ntaub ntawv txias-txias cov chaw muab kev daws teeb meem tau npaj cov kev daws teeb meem xws li kev txhim kho kev ntseeg siab thiab ntxiv cov khoom siv hluav taws xob thiab lub tswb nrov rau cov cua txias, kev txhawj xeeb txog qhov muaj peev xwm xau hauv cov kua cua txias hauv lub txee, ua rau muaj kev puas tsuaj rau IT khoom, tseem yog lub ntsiab lus ntawm kev txhawj xeeb thoob plaws hauv kev lag luam.

 

Qhov kev daws teeb meem ntawm qhov tsis paub tseeb no yog nyob ntawm qhov ntsuas ntawm daim ntawv thov. Txhawm rau daws qhov teeb meem zoo li tsis tuaj yeem daws tau, kev ua lag luam monopolizing thiab tswj cov kev lag luam sab saud thiab qis qis, uas tau raug pov thawj suav tsis txheeb rau kev ua txhaum txoj cai ntawm kev txhim kho kev lag luam, tsis yog lo lus teb. Keeb kwm tau rov qhia dua tias cov neeg uas tuaj yeem tsim thawj txoj hauv kev lag luam thiab kev lag luam ecosystem raws li kev faib ua haujlwm thiab kev koom tes muaj feem yuav ua tiav hauv kev sib tw. Ua ntej yuav nrhiav tau ib txoj hauv kev uas decouples IT khoom los ntawm infrastructure, standardization yuav tsis yog ib qho kev daws teeb meem rau cov teeb meem decoupling, thiab nws yuav tsis yog ib qho txiaj ntsig ntawm kev txwv lossis tawm tsam cov neeg sib tw. Txawm li cas los xij, kev siv tus qauv tsim los ua ib qho cuab yeej ua kom tsis tu ncua ua ntej decoupling raws li kev nrhiav pom hauv av thaum khaws kev sib txawv, sib qhia cov kev paub zoo, thiab txhawb kev sib cais ntawm cov txheej txheem tsim khoom thiab kev pabcuam kom ua tiav qhov tshwj xeeb thiab kho kom zoo, tuaj yeem pab txo cov nqi thov tag nrho. Kev txhim kho tsis tu ncua los ntawm kev xeem daim ntawv thov tuaj yeem ua rau muaj kev tawm tswv yim zoo uas nthuav dav cov nplai ntawm cov kua ua kom txias, uas tuaj yeem dhau los ua txoj hauv kev tsim nyog rau kev tsim cov tshuab ua kua txias.

 

 

V Xaus

 

Nyob ntawm cov yam ntxwv xws li kev sib raug zoo ntawm cov neeg rau zaub mov, hom coolant, thiab kev khiav hauj lwm kub ntawm cov kua txias, engineering technologies rau cov kua-txias cov ntaub ntawv chaw sib txawv raws li. Tam sim no, cov thev naus laus zis thev naus laus zis nyob rau hauv txhua txoj hauv kev tseem tab tom txhim kho thiab ua tiav, thiab tseem tsis tau muaj kev lag luam-pom zoo txoj hauv kev. Tsis yog muaj kev pom zoo rau qhov tshwj xeeb siv subfields ntawm txhua txoj hauv kev. Nrhiav qhov tseeb qhov kawg yuav nyob ntawm seb yam xws li kev lag luam, kev ntseeg siab, thiab kev tswj xyuas cov ntaub ntawv txias-txias cov ntaub ntawv chaw tsim khoom siv tshuab, nrog rau kev nrhiav kev daws teeb meem zoo los ntawm kev siv ua ntu zus.