Температурный режим в ЦОД

По мере повышения спроса на информационные технологии и сетевые приложения, по мере эволюции технологии производства чипов в сторону дальнейшего уменьшения размеров и функциональной интеграции, проектировщики систем для отрасли обработки данных сталкиваются с серьезными препятствиями, связанными с вопросами тепловыделения.

Сокращение энергопотребления в системах обработки данных (33% которого приходится на охлаждение) становится приоритетной задачей для ИТ-компаний и для законодательных органов. Роль методов снижения энергопотребления и механизмов повторного использования отработанного тепла будет продолжать расти. Жидкостное охлаждение предлагает ряд усовершенствований в этом направлении.

Эффективность охлаждения ЦОД

Основной задачей системы обработки данных является поддержание максимально эффективной и надежной работы большого числа небольших электронных устройств. Сведение к минимуму общих расходов остается главной движущей силой в рамках процесса проектирования системы охлаждения.

Однако, стоимость электроэнергии и повышение спроса на надежные продукты уже начинают оказывать влияние на вопросы проектирования и маркетинга систем обработки данных (по причине влияния на баланс общих расходов). Необходим целостный подход к проектированию и эксплуатации систем обработки данных, включающий в себя энергетические метрики, такие, как отношение вычислительной производительности к энергопотреблению для единицы оборудования.

Если говорить о методах охлаждения, жидкостное охлаждение вряд ли сможет захватить весь рынок, однако, данный метод предлагает существенные преимущества с точки зрения повышения производительности чипов, уменьшения размеров системы, а также повторного использования отработанного тепла. На рынке доступны различные технологии жидкостного охлаждения и различные хладагенты (в том числе, воздух и разные типы жидкостей). Однако, выбор хладагента зависит от условий использования системы.

Прогнозы на будущее

В краткосрочной перспективе (следующие 5-10 лет) внимание исследователей будет сосредоточено на технологиях жидкостного охлаждения, а также на таких альтернативах, как улучшенный теплоотвод и теплопроводность (enhanced heat spreading and thermal conductance), активное охлаждение горячих зон (active hot spot cooling), а также передовое конвекционное воздушное охлаждение (advanced convective air cooling).

Все эти решения являются взаимодополняемыми, и оптимальным подходом, вероятно, будет являться сочетание нескольких технологий охлаждения. Эволюция, направленная в сторону трехмерных процессорных архитектур, позволит существенно снизить уровень сложности за счет применения передовых методов отвода тепла, жидкостного охлаждения процессоров и активного контроля над состоянием систем.

Превосходные тепловые характеристики воды способствуют внедрению технологий водяного охлаждения на уровне процессора. Диэлектрические жидкости по-прежнему обладают преимуществами с точки зрения надежности и возможности прямого охлаждения. Однако, инновационные тепловые интерфейсы могут изменить баланс в пользу водяного охлаждения. Сложность техобслуживания является одним из препятствий на пути внедрения систем жидкостного охлаждения. Данную проблему можно решить путем разработки твердотельных тепловых коннекторов. Эволюция отрасли систем обработки данных в направлении аутсорсинга может привести к внедрению более сложных с точки зрения обслуживания технологий, таких, как непосредственное водяное охлаждение.

Многоуровневая стандартизация

Одной из популярных тем для обсуждения в отрасли, касающейся вопросов поддержания необходимого температурного режима, является необходимость проведения многоуровневой стандартизации:

1. стандартные тепловые соединения для систем жидкостного охлаждения;
2. стандартный подход к моделированию, валидации и составлению отчетности;
3. стандартные метрики производительности для оценки энергоэффективности и надежности.

В долгосрочном периоде (после 2020 года) пока сложно предсказать, какая технология производства транзисторов придет на замену CMOS, и каким будут температурные ограничения для данной технологии. Однако, с точки зрения современного процесса разработки, обладающего массой ограничений, тесное взаимодействие между релевантными областями знаний является необходимым для преодоления настоящих и будущих препятствий.