Podcast #139: Immersiekoeling, de Valvoline-manier

Brian en het StorageReview-team reisden af naar Lexington, Kentucky, voor een ontmoeting met Valvolines pitcrew voor immersiekoeling. Ze onderzochten de praktische, technische en milieuaspecten van immersie- en direct-to-chipkoeling. Ze benadrukten het belang van materiaalcompatibiliteit, de ontwikkeling van industriestandaarden en Valvolines voortdurende R&D-inspanningen om vloeistoffen te creëren die duurzamer en effectiever zijn voor de datacenterindustrie.

De gastheren gaven ons een gastvrije rondleiding door het hoofdkantoor van Valvoline, met een aantal unieke historische inzichten, gevolgd door een blik op de tentoongestelde raceauto's. Brian, een echte racefanaat, was in de zevende hemel.

Brian werd uit de raceauto's gehaald en ging in gesprek met Dr. Z. George Zhang, Vice President of R&D bij Valvoline Global, over huidige en toekomstige trends op het gebied van immersiekoeling.

Dr. Zhang werkt al meer dan 26 jaar bij Valvoline en geniet een groot aanzien binnen de vloeistofkoelingsgemeenschap. Hij is onlangs toegetreden tot de adviesraad van de North America Lubricant Expo & the Bearing Show.

Hij is gecertificeerd smeerspecialist (CLS) en oliemonitoringanalist (OMA I). Dr. Zhang is (mede)uitvinder van 8 Amerikaanse patenten en auteur van 49 peer-reviewed publicaties.

Met alle hype rond vloeistofkoeling is deze podcast een must-listen voor iedereen die geïnteresseerd is in immersiekoelingtechnologie. Mocht je weinig tijd hebben, dan hebben we hem opgedeeld in fragmenten van vijf minuten om je te helpen navigeren door dit belangrijke onderwerp.

0:00 - 5:00

• Inleidingen en achtergronden: Brian introduceert Dr. George Zhang van Valvoline en hij benadrukt Valvoline's lange geschiedenis op het gebied van smeermiddelen en innovaties voor de automobielindustrie (zoals oliën voor hoge kilometerstanden en MaxLife).
• Motorolie als techniek: We bespreken hoe mensen de complexiteit van motorolie vaak over het hoofd zien. Het gaat niet alleen om smering, maar ook om reiniging, afdichting en warmteoverdracht.
• Warmteoverdrachtsparallellen: Dr. Zhang legt uit hoe expertise op het gebied van warmtebeheer in de automobielindustrie van pas komt bij het koelen van datacenters, vooral omdat datacenters te maken hebben met enorme warmtelasten van krachtige GPU's.
• Energieverbruik datacenter: Leuk weetje: het energieverbruik van ChatGPT in 2024 is vergelijkbaar met dat van heel Ierland, wat de omvang van het benodigde warmtebeheer onderstreept.

5:00 - 10:00

• Missiekritieke verschillen: Datacenters zijn, in tegenstelling tot auto's, 24/7 in bedrijf. Daarom zijn uptime en stabiliteit van cruciaal belang. De omgevingsfactoren zijn echter minder chemisch belastend dan die van automotoren.
• Materiële compatibiliteit: Hardware van datacenters maakt gebruik van verschillende metalen, kunststoffen en labels, die verschillen van die in auto's. Vloeistofcompatibiliteit is daarom een belangrijk aandachtspunt. Labels en kunststoffen kunnen in immersiekoeling verslechteren.
• Schoonheid en zuiverheid: Bij direct-to-chip-koeling is de zuiverheid van de vloeistof van cruciaal belang, omdat kleine kanaaltjes in koude platen gemakkelijk verstopt kunnen raken, wat van invloed is op de koelprestaties.
• Koelsegmenten: Luchtkoeling is nog steeds dominant, maar vloeistofkoeling (direct-to-chip en immersie) groeit. Valvoline is actief op beide gebieden, met een focus op hun PG 25-vloeistof voor direct-to-chip.

10:00 - 15:00

• Technische differentiatie: Niet alle PG 25-vloeistoffen zijn hetzelfde. De gepatenteerde formule van Valvoline maakt gebruik van additieven met een laag vastestofgehalte en vloeibare additieven om afzettingen en zoutbruggen te voorkomen.
• Conditiebewaking: Valvoline maakt gebruik van haar expertise op automobielgebied om klanten te helpen de gezondheid van hun vloeistoffen en systeemcondities te bewaken en zo wereldwijde toeleveringsketens te ondersteunen.
• Complexiteit van het ecosysteem: Vloeistofkoeling omvat talloze partners, waaronder serverleveranciers, fabrikanten van slangen en koelplaten, leveranciers van snelkoppelingen en meer. Samenwerking en communicatie zijn essentieel om te voorkomen dat er met de vinger wordt gewezen wanneer er problemen ontstaan.
• Waterkwaliteit en sensoren: Datacentra hebben vaak niet de expertise in waterkwaliteit en daarom werkt Valvoline samen met sensorfabrikanten om realtime monitoring van vloeistofeigenschappen, zoals troebelheid en geleidbaarheid, mogelijk te maken.

15:00 - 20:00

• Sensorintegratie: De toekomst zal Plaats meer sensoren in koelcircuits voor vroegtijdige detectie van problemen, mogelijk zelfs op het niveau van de connector of de koelplaat.
• Marktacceptatie: De meeste datacenters in de VS maken gebruik van cold plate-/direct-to-chip-koeling omdat deze achteraf kan worden ingebouwd, terwijl voor immersiekoeling een nieuwe infrastructuur nodig is.
• Voordelen van onderdompelingskoeling: Door onderdompeling kunnen de componenten voor 100% worden afgekoeld en is de warmteoverdracht veel efficiënter dan bij lucht. Wel is voorzichtige vloeistofbeweging vereist om hete plekken te voorkomen.
• Warmtegeleiding: Immersievloeistoffen (koolwaterstoffen) worden gekozen vanwege hun lage elektrische geleidbaarheid (diëlektrische eigenschappen), waardoor elektronica veilig kan worden ondergedompeld.

20: 00-25: 00

• Immersiekoeling in de praktijk: Bespreking van verschillende opstellingen voor immersiekoeling, zoals tankimmersie (servers verticaal ondergedompeld) en de impact ervan op de energie-efficiëntie (PUE van slechts 1.03–1.04, aanzienlijk beter dan luchtkoeling).
• Componentbetrouwbaarheid: Immersiekoeling kan de uitvalpercentages van componenten zoals RAM, opslag, CPU's en GPU's aanzienlijk verminderen. Het brengt echter nieuwe operationele uitdagingen met zich mee., zoals het verplaatsen van servers met kranen en het opvangen van olielekken.
• Vloeistofchemie: Valvoline gebruikt pure koolwaterstofvloeistoffen voor immersie – geen fluor of chloor, alleen koolstof en waterstof. Dit garandeert chemische inertheid, vergelijkbaar met lucht, en voorkomt reactiviteit met servercomponenten.
• Materiële compatibiliteit: In de eerste lessen kwamen problemen aan bod met kabels, etiketten en kunststoffen die niet bedoeld zijn voor gebruik met Olie, zoals kleuruitloging, loslatende etiketten en broos wordend plastic. Compatibiliteitstesten zijn nu een belangrijk aandachtspunt.

25: 00-30: 00

• Industrienormen en samenwerking: Valvoline werkt samen met OCP (Open Compute Project) en ASHRAE om compatibiliteitslijsten voor materialen te ontwikkelen en te volgen voor zowel immersie- als direct-to-chip vloeistoffen. Deze lijsten helpen klanten bij het kiezen van de juiste materialen voor vloeistofkoeling.
• Netwerken en signaalintegriteit: CEr bestaan zorgen over snelle netwerken en lichttransmissie door olie; de meeste hardwarefabrikanten verplaatsen de schakelaars echter nu naar buiten de vloeistof. Valvoline heeft geen grote signaalproblemen gezien, maar kan de diëlektrische eigenschappen van de vloeistof indien nodig aanpassen.
• Perceptie van de sector: Valvoline wordt op IT-evenementen vaak gezien als "de autojongens", maar ze benadrukken hun expertise op het gebied van warmteoverdracht en chemie, wat direct relevant is voor de koeling van datacenters.
• OCP-werkgroepen: OCP heeft aparte groepen voor immersie- en direct-to-chip-koeling, wat aantoont dat de sector steeds meer belang hecht aan vloeistofkoeling.

30: 00-35: 00

• Alternatieve immersieontwerpen: Bespreking van "precisie-immersie", zoals de aanpak van Isotope, waarbij vloeistof direct op hete componenten in een rack wordt gespoten, waardoor er minder vloeistof nodig is en retrofits eenvoudiger zijn. Deze ontwerpen kunnen energiezuiniger zijn en in standaard racks passen.
• Componentdekking: Precieze onderdompeling zorgt ervoor dat alle componenten, iOok componenten die geen significante warmte genereren, zoals condensatoren en transistoren, worden effectief gekoeld, wat de algehele betrouwbaarheid potentieel verbetert.
• Meerfasekoeling: Multifase (tweefase) koeling maakt gebruik van de verdampingswarmte voor een verbeterde efficiëntie; de gebruikte vloeistoffen bevatten echter vaak PFAS ('forever chemicals'), die milieuschadelijk zijn. Valvoline vermijdt deze om duurzaamheidsredenen.
• Systeemcomplexiteit: Voor meerfasesystemen zijn afgesloten omgevingen nodig om te voorkomen dat gas ontsnapt, wat de complexiteit en het risico vergroot.

35:00–37:00 (Einde)

• Vloeistof R&D en toekomstige richtingen: Voor immersievloeistoffen onderzoekt Valvoline manieren om haar koolstofvoetafdruk, met inbegrip van bio-afgeleide koolwaterstoffen, hoewel deze uitdagingen met zich meebrengen vanwege de aanwezigheid van dubbele bindingen en hogere kosten.
• PG 25 (Direct-to-Chip) Duurzaamheid: PG 25 is momenteel afgeleid van aardolie, maar plantaardige alternatieven zijn ook beschikbaar, hoewel deze duurder zijn. Valvoline onderzoekt manieren om deze kosteneffectiever en duurzamer te maken.
• Chemie is belangrijk: Kennis van chemie is steeds belangrijker voor IT-professionals die met geavanceerde koeling werken systemen, compatibiliteit, vloeistofeigenschappen en milieu-impact, die allemaal afhangen van een gedegen kennis van scheikunde.
• Lab testen: Valvoline voert uitgebreide interne tests uit op compatibiliteit, prestaties en systeemrendement, zowel voor dompel- als gesloten koelsystemen.