Imerzní chlazení se stalo významným tématem v technologickém průmyslu, zejména proto, že datová centra čelí rostoucí poptávce po efektivnějších chladicích řešeních. Castrol, tradičně spojovaný s automobilovými oleji, je v této inovaci v popředí. Castrol však nyní činí pokroky v chlazení datových center prostřednictvím svých dielektrických chladicích kapalin. Nedávno jsme navštívili Castrol Liquid Cooling Center of Excellence v Pangbourne v Berkshire ve Velké Británii, kde Castrol provádí výzkum a vývoj v oblasti imerzních chladicích řešení pro datová centra.
Zařízení slouží jako testovací prostředí pro imerzní chladicí kapaliny Castrol řady DC a různé konfigurace imerzních nádrží od předních dodavatelů. Tyto testovací buňky umožňují společnosti Castrol zkoumat různé chladicí technologie a jejich dopad na serverové komponenty. Zatímco se centrum zaměřuje především na dynamiku tekutin a chemii, vyhodnocuje také kabely, serverový hardware a kompatibilitu materiálů. Komplexní přístup společnosti Castrol k testování a ověřování imerzní technologie z ní činí přední osobnost v budoucnosti chlazení datových center.
Argumenty pro imerzní chlazení
Datová centra jsou pod rostoucím tlakem, aby zvládla stále rostoucí výpočetní zátěž a zároveň snižovala dopad na životní prostředí. Tradiční metody chlazení vzduchem, a to i ty doplněné přímým kapalinovým chlazením (DLC), jsou pro některá dnešní výpočetní prostředí s vysokou hustotou často nedostatečné.
Chris Lockett, viceprezident pro elektrifikaci a inovace produktů Castrol ve společnosti BP, vysvětlil: „V současné době jde na chlazení přibližně 40 % spotřeby energie v datových centrech. Imerzní chlazení může toto číslo snížit na méně než 5 %, což výrazně snižuje spotřebu energie a vody.“
Imerzní chlazení jako koncept ponořuje celé servery do dielektrické kapaliny, nevodivé kapaliny, která absorbuje a odvádí teplo od komponent. Tento přístup odstraňuje potřebu tradičních ventilátorů, snižuje spotřebu energie a zvyšuje účinnost. Když jsme s Vincem prozkoumávali zařízení, ukázalo se, že imerzní chlazení již není experimentální oblastí – rychle se stává životaschopným řešením pro vysoce energeticky náročná a ekologicky šetrná datová centra.
Průzkum testovacích buněk
V centru excelence společnosti Castrol jsme se seznámili s několika řešeními imerzního chlazení, z nichž každé má jedinečný design a možnosti. Mezi tato řešení patřily nádrže od významných dodavatelů, jako jsou GRC (Green Revolution Cooling) , Submer a Iceotope, přičemž všechny splňují různá měřítka a provozní požadavky. Například nádrže GRC jsou navrženy pro rozsáhlé instalace a dokáží zvládnout 50 kW energie na nádrž. Submer a Iceotope naopak nabízejí řešení specifičtější pro rackové systémy, která jsou ideální pro modulární prostředí s omezeným prostorem.
Výrazným rysem testovacích buněk je možnost provádět důkladné testování v kontrolovaných podmínkách. Zařízení Castrol Center of Excellence je rozděleno do místností, z nichž každá je vybavena systémy regulace teploty, větrání a hašení požáru. To umožňuje společnosti Castrol testovat různé kapaliny a komponenty za různých podmínek prostředí, což zajišťuje, že řešení, která vyvíjejí, odolávají náročným podmínkám reálných datových center.
V jedné z testovacích komor jsme pozorovali nádrž GRC, která měla nápadně zelenou záři díky specifické kapalině, kterou Castrol používal. Servery ponořené v této nádrži procházely testy kompatibility a výkonu. Castrol zajišťuje, že každá komponenta, od procesorů až po kabely, může efektivně fungovat v prostředí s imerzním chlazením bez degradace.
Fluidní inženýrství: Srdce systému
Kapaliny řady DC od společnosti Castrol jsou jádrem jejích imerzních chladicích řešení, speciálně navržených pro datová centra. Měli jsme možnost vidět dvě z těchto kapalin v akci: DC15 a DC20. Obě jsou dielektrické kapaliny určené k efektivnímu odvádění tepla ze serverů a zároveň zachování kompatibility materiálů a dlouhé životnosti kapalin.
Vzhledem k regionálním předpisům je kapalina DC15 optimalizována pro trhy vyžadující vyšší viskozitu, jako jsou například asijské oblasti. Kapalina DC20 je zároveň nejvýkonnější volbou od Castrolu, navrženou pro extrémní odvod tepla a vyšší provozní teploty. Tyto kapaliny mohou pracovat v rozsahu 40 °C až 50 °C, přičemž některé systémy dosahují teplot až 70 °C. Tato tolerance vůči vysokým teplotám znamená, že ve většině prostředí není vyžadováno žádné další chlazení, což výrazně snižuje provozní náklady a složitost provozu těchto systémů.
Životní cyklus těchto kapalin je dalším kritickým aspektem jejich využití. Podle společnosti Castrol jsou jejich kapaliny navrženy pro provoz „na plnění na dobu životnosti“, což znamená, že za optimálních podmínek může kapalina vydržet po celou dobu životnosti serverového hardwaru – obvykle 3 až 8 let. I po uplynutí této doby nabízí Castrol služby recyklace a přepracování kapalin, čímž prodlužuje jejich životnost a snižuje plýtvání.
Ponorné Mega Pody: Ponoření ve velkém měřítku
Jedním z vrcholů naší návštěvy byl Submer Mega Pod, modulární řešení pro datové centrum, které využívá technologii imerzních chladicích kapalin od společnosti Castrol. Uvnitř Mega Podu jsme našli dva rozvaděče Smart Pod XL, z nichž každý používá jiné kapaliny – DC15 a DC20. Tyto pody představují kompaktní řešení datového centra typu „vše v jednom“, doplněné o výměníky tepla a externí chladicí smyčky, které přenášejí teplo do okolního prostředí prostřednictvím střešních chladičů, systémů rekuperace tepla nebo geotermálních řešení.
Tento typ systému umožňuje neuvěřitelnou hustotu a škálovatelnost při zachování nízké provozní hlučnosti a spotřeby energie. Mega Pod dokáže podporovat různé konfigurace, což z něj činí atraktivní volbu pro datová centra, která zvažují imerzní chlazení ve větším měřítku.
Pozoruhodná byla i jednoduchost údržby Mega Podů. Servery ponořené v chladicí kapalině lze snadno vyjmout pomocí mostového jeřábu, což technikům umožňuje provádět servis nebo výměnu komponent bez prostojů. Imerzní kapaliny jsou nekorozivní a nevodivé, takže i když je komponenta vyjmuta, když je ještě mokrá, lze ji bez problémů osušit a znovu použít.
Rozšíření imerzního chlazení za hranice tradičních datových center
Zatímco imerzní chlazení získává na popularitě v tradičních datových centrech, tato technologie má obrovský potenciál i pro mnoho dalších případů použití. Její schopnost zvládat výpočetní procesy s vysokou hustotou a zároveň být prostorově efektivní a šetrná k životnímu prostředí ji činí vhodnou i pro netradiční prostředí.
Edge computing a prostředí s omezeným prostorem
Edge computing přibližuje výpočetní výkon ke zdroji dat, čímž snižuje latenci a zlepšuje zpracování v reálném čase. Okrajová umístění však často čelí prostorovým omezením a chybí jim robustní chladicí infrastruktura, která je k dispozici ve velkých datových centrech. Tradiční metody chlazení vzduchem, které vyžadují objemné systémy HVAC a vzduchotechnické jednotky, nejsou v těchto scénářích vždy praktické.
Na druhou stranu, imerzní chlazení lze nasadit v kompaktních, samostatných jednotkách, které dramaticky snižují nároky na prostor. Řešení, jako je GRC ICEraq, dokáží umístit více racků na malý půdorys a zároveň zachovat vysoce účinné chlazení. Díky tomu je imerzní chlazení ideální pro edge computing v telekomunikačních věžích, maloobchodních prodejnách nebo odlehlých průmyslových areálech. Snížený hluk a absence systémů s proudícím vzduchem navíc činí imerzní chlazení atraktivním pro prostředí, kde je tichý provoz kritický, jako jsou nemocnice nebo kancelářské budovy.
Imerzní chlazení pro modulární datová centra
Modulární datová centra – prefabrikované moduly datových center, které lze rychle a flexibilně nasadit, jako například Submer MegaPod – jsou dalším vynikajícím případem použití imerzního chlazení. Tato datová centra se často používají ve vojenských operacích, při odstraňování havárií nebo v dočasných zařízeních, kde tradiční infrastruktura není proveditelná. Díky imerznímu chlazení mohou modulární datová centra umístit hustý výpočetní výkon do malého prostoru a zároveň vyžadují méně energie a infrastruktury pro chlazení.
Castrol Submarine Mega Pod je příkladem toho, jak lze imerzní chlazení využít v modulárních datových centrech. Tato řešení pro datová centra s možností instalace jsou vybavena imerzními chladicími nádržemi a výměníky tepla, což jim umožňuje nezávislý provoz s minimální infrastrukturou. Díky své kompaktní konstrukci jsou ideální pro scénáře, kde je v prostředí s omezeným prostorem vyžadováno rychlé nasazení a vysoce výkonné výpočty.
Opětovné využití tepla a udržitelnost v městských oblastech
Jednou z nejzajímavějších výhod imerzního chlazení je jeho schopnost znovu využít teplo generované servery. Na rozdíl od vzduchem chlazených datových center, která často odvádějí teplo do okolního prostředí jako odpad, mohou imerzní chladicí systémy přenášet teplo do sekundárních systémů, jako je vytápění budov nebo průmyslové procesy.
V městských oblastech, kde je půda vzácná a udržitelnost je prioritou, by mohlo být imerzní chlazení integrováno se systémy dálkového vytápění nebo použito k vytápění blízkých budov. Například teplo z imerzního chlazení datového centra by mohlo zajišťovat ohřev vody nebo vytápění obytných nebo komerčních budov. Tento model rekuperace tepla nejen zlepšuje energetickou účinnost, ale také pomáhá snižovat celkovou ekologickou stopu datového centra.
Imerzní chlazení pro průmyslové edge computing
Odvětví jako ropa a plyn, výroba a výroba energie se stále více spoléhají na edge computing pro zpracování a řízení dat v reálném čase. Tato prostředí jsou často vzdálená, náročná, obsahují výbušné nebo korozivní plyny nebo jsou vystavena extrémním teplotním výkyvům, což činí tradiční chladicí systémy nepraktickými. Imerzní chlazení nabízí robustní řešení, které zajišťuje konzistentní a efektivní odvod tepla, a to i v náročných prostředích.
V těchto scénářích by se mohlo teplo odváděné z imerzního chlazení využít i v průmyslových procesech. Například by se odpadní teplo dalo znovu využít jako součást předehřevu pro výrobu páry, ohřev vody nebo dokonce k podpoře provozu na místě, který vyžaduje tepelnou energii. Tento přístup je v souladu s rostoucím tlakem na ekologičtější a efektivnější průmyslové procesy a zároveň zajišťuje, aby systémy edge computingu mohly spolehlivě fungovat i v náročných podmínkách.
Udržitelné výpočty pro chytrá města
S rozšiřováním projektů chytrých měst by imerzní chlazení mohlo hrát klíčovou roli v udržování výpočetní infrastruktury, která podporuje vše od řízení dopravy až po systémy veřejné bezpečnosti. Imerzní chlazení může umožnit husté výpočetní uzly v chytrých budovách, dopravních uzlech a systémech inženýrských sítí a zároveň minimalizovat chladicí stopu.
Tyto systémy by mohly také využívat odpadní teplo k rekuperaci energie. Například datová centra chytrých měst, která se spoléhají na imerzní chlazení, by mohla přebytečné teplo využívat k napájení nabíjecích stanic pro elektromobily, vytápění městských bazénů nebo k podpoře zařízení na nakládání s odpady. Tímto způsobem mohou chytrá města dosáhnout svého cíle, kterým je integrace udržitelnosti do jejich hlavních operací a zároveň správa datových zátěží, které pohánějí městské služby nové generace.
Více než jen chlazení: Dopad na životní prostředí
Kromě snížení spotřeby energie nabízí imerzní chlazení významné environmentální výhody. Kapaliny Castrol jsou navrženy tak, aby byly plně recyklovatelné, bez potenciálu globálního oteplování. Společnost také zkoumá modely „kapalina jako služba“, kde se použité kapaliny shromažďují, přepracovávají a vracejí zákazníkovi jako čerstvé, vysoce výkonné kapaliny. Tento přístup minimalizuje odpad a je v souladu s rostoucí poptávkou po udržitelném provozu datových center.
Systémy imerzního chlazení lze navíc integrovat s technologiemi rekuperace tepla. Například přebytečné teplo generované servery lze znovu využít pro vytápění budov nebo průmyslové aplikace. Castrol dokonce prozkoumal možnost využití tepla k ohřevu bazénů, což by celému systému přidalo další vrstvu účinnosti.
Budoucnost imerzního chlazení
S rozšiřováním datových center a zvyšujícími se požadavky na energii bude potřeba efektivních a udržitelných chladicích řešení jen růst. Imerzní chlazení se stává jednou z nejslibnějších technologií pro uspokojení této potřeby, zejména pro vysoce výkonné výpočty, úlohy umělé inteligence a další náročné aplikace. Zatímco vzduchové a přímé kapalinové chlazení si stále zachovávají své místo, imerzní chlazení nabízí jiný, ale přesvědčivý přístup k efektivitě a škálovatelnosti do budoucna.
Práce prováděná v Centru excelence pro kapalinové chlazení společnosti Castrol představuje špičku v této technologii. Zaměření společnosti na chemii kapalin, kompatibilitu materiálů a řízení životního cyklu z ní činí klíčového hráče ve vývoji efektivních a ekologicky udržitelných řešení imerzního chlazení.
Naše návštěva závodu Castrol v Pangbourne odhalila společnost, která hluboce investuje do budoucnosti chlazení datových center. Od návrhu pokročilých dielektrických kapalin až po testování imerzních nádrží a serverových komponentů pomáhá Castrol nově definovat způsob, jakým přemýšlíme o provozu datových center. Vzhledem k tomu, že imerzní chlazení stále získává na popularitě, je jasné, že odborné znalosti společnosti Castrol v oblasti dynamiky tekutin a materiálové vědy budou hrát klíčovou roli při utváření budoucnosti této technologie.
Amazon