Chłodzenie zanurzeniowe stało się ważnym tematem w branży technologicznej, zwłaszcza w obliczu rosnącego zapotrzebowania centrów danych na bardziej wydajne rozwiązania chłodzące. Tradycyjnie kojarzone z olejami samochodowymi, Castrol jest liderem w tej innowacji. Jednak obecnie Castrol dokonuje postępów w chłodzeniu centrów danych dzięki swoim dielektrycznym płynom chłodzącym. Niedawno odwiedziliśmy Centrum Doskonałości Castrol Liquid Cooling w Pangbourne w hrabstwie Berkshire w Wielkiej Brytanii, gdzie Castrol prowadzi badania i rozwój w zakresie rozwiązań chłodzenia zanurzeniowego dla centrów danych.
Obiekt służy jako poligon doświadczalny dla płynów chłodzących Castrol serii DC do zastosowań immersyjnych oraz różnych konfiguracji zbiorników immersyjnych wiodących dostawców. Te komory testowe pozwalają Castrol na badanie różnych technologii chłodzenia i ich wpływu na komponenty serwerów. Chociaż centrum koncentruje się głównie na dynamice płynów i chemii, zajmuje się również oceną kabli, sprzętu serwerowego i kompatybilnością materiałów. Kompleksowe podejście Castrol do testowania i walidacji technologii immersyjnych czyni firmę wiodącą w dziedzinie przyszłości chłodzenia centrów danych.
Argumenty za chłodzeniem zanurzeniowym
Centra danych są pod coraz większą presją, aby sprostać stale rosnącemu obciążeniu obliczeniowemu przy jednoczesnym ograniczeniu wpływu na środowisko. Tradycyjne metody chłodzenia powietrzem, nawet te uzupełniane bezpośrednim chłodzeniem cieczą (DLC), często okazują się niewystarczające dla niektórych współczesnych środowisk obliczeniowych o wysokiej gęstości.
Chris Lockett, wiceprezes ds. elektryfikacji i innowacji produktowych Castrol w BP, wyjaśnił: „Obecnie około 40% zużycia energii w centrach danych jest przeznaczane na chłodzenie. Chłodzenie zanurzeniowe może obniżyć ten wskaźnik do mniej niż 5%, znacznie obniżając zużycie energii i wody”.
Koncepcja chłodzenia zanurzeniowego polega na zanurzeniu całych serwerów w płynie dielektrycznym – nieprzewodzącej cieczy, która pochłania i odprowadza ciepło z komponentów. Takie podejście eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych wentylatorów, zmniejszając zużycie energii i poprawiając wydajność. Podczas gdy Vince i ja zwiedzaliśmy obiekt, stało się jasne, że chłodzenie zanurzeniowe nie jest już niszą eksperymentalną – szybko staje się realnym rozwiązaniem dla obciążeń o dużej mocy i ekologicznych centrów danych.
Eksploracja komórek testowych
W Centrum Doskonałości Castrol zapoznaliśmy się z kilkoma rozwiązaniami chłodzenia zanurzeniowego, z których każde charakteryzowało się unikalną konstrukcją i możliwościami. Wśród nich znalazły się zbiorniki renomowanych producentów, takich jak GRC (Green Revolution Cooling) , Submer i Iceotope, dostosowane do różnych skal i wymagań operacyjnych. Na przykład zbiorniki GRC są zaprojektowane do obsługi instalacji na dużą skalę, z możliwością zarządzania mocą 50 kW na zbiornik. Z drugiej strony, Submer i Iceotope oferują rozwiązania dedykowane do konkretnych regałów, idealne do środowisk modułowych i o ograniczonej przestrzeni.
Cechą charakterystyczną komór testowych jest możliwość przeprowadzania dokładnych testów w kontrolowanych warunkach. Centrum Doskonałości Castrol jest podzielone na pomieszczenia, z których każde wyposażone jest w systemy kontroli temperatury, wentylacji i gaszenia pożaru. Dzięki temu Castrol może testować różne płyny i komponenty w zróżnicowanych warunkach środowiskowych, gwarantując, że opracowywane przez firmę rozwiązania wytrzymają trudy rzeczywistych centrów danych.
W jednej z cel testowych obserwowaliśmy zbiornik GRC, który miał uderzającą zieloną poświatę dzięki specyficznemu płynowi Castrol. Serwery zanurzone w tym zbiorniku były poddawane testom kompatybilności i wydajności. Castrol zapewnia, że każdy komponent, od procesorów po kable, może efektywnie działać w środowiskach chłodzenia zanurzeniowego bez degradacji.
Inżynieria płynów: serce systemu
Płyny serii DC firmy Castrol stanowią podstawę rozwiązań chłodzenia zanurzeniowego, opracowanych specjalnie dla centrów danych. Mieliśmy okazję zobaczyć w akcji dwa z tych płynów: DC15 i DC20. Oba to płyny dielektryczne zaprojektowane z myślą o efektywnym odprowadzaniu ciepła z serwerów, przy jednoczesnym zachowaniu kompatybilności materiałowej i trwałości.
Ze względu na przepisy regionalne, płyn DC15 jest zoptymalizowany pod kątem rynków wymagających wyższej lepkości, takich jak rynki azjatyckie. Natomiast płyn DC20 to najwydajniejszy płyn Castrol, opracowany z myślą o ekstremalnym odprowadzaniu ciepła i wyższych temperaturach pracy. Płyny te mogą pracować w zakresie temperatur od 40°C do 50°C, a niektóre systemy osiągają nawet 70°C. Ta wysoka tolerancja temperaturowa oznacza, że w większości środowisk nie jest wymagane dodatkowe chłodzenie, co znacznie obniża koszty operacyjne i złożoność obsługi tych systemów.
Cykl życia tych płynów to kolejny kluczowy aspekt ich użyteczności. Według Castrol, ich płyny są zaprojektowane do pracy w trybie „napełniania na cały okres użytkowania”, co oznacza, że w optymalnych warunkach płyn wystarcza na cały cykl życia sprzętu serwerowego – zazwyczaj od 3 do 8 lat. Nawet po tym okresie Castrol oferuje usługi recyklingu i ponownego przetwarzania płynów, wydłużając ich żywotność i redukując ilość odpadów.
Submer Mega Pods: zanurzenie na dużą skalę
Jednym z najważniejszych punktów naszej wizyty był Submer Mega Pod, modułowe rozwiązanie dla centrów danych wykorzystujące technologię chłodzenia zanurzeniowego Castrol. Wewnątrz Mega Poda znaleźliśmy dwa regały Smart Pod XL, każdy z innym czynnikiem chłodzącym – DC15 i DC20. Te regały stanowią kompaktowe, kompleksowe rozwiązanie dla centrów danych, wyposażone w wymienniki ciepła i zewnętrzne pętle chłodzące, które przekazują ciepło do otoczenia za pośrednictwem chłodnic dachowych, systemów odzysku ciepła lub rozwiązań geotermalnych.
Ten typ systemu zapewnia niesamowitą gęstość i skalowalność przy jednoczesnym zachowaniu niskiego poziomu hałasu i zużycia energii. Mega Pod obsługuje różnorodne konfiguracje, co czyni go atrakcyjną opcją dla centrów danych rozważających chłodzenie zanurzeniowe na większą skalę.
Na uwagę zasługuje również prostota obsługi Mega Podów. Serwery zanurzone w płynie chłodzącym można łatwo wyjąć za pomocą suwnicy, co pozwala technikom na serwisowanie lub wymianę podzespołów bez przestoju. Płyny zanurzeniowe są niekorozyjne i nieprzewodzące, więc nawet jeśli element zostanie wyjęty, gdy jest jeszcze mokry, można go bez problemu osuszyć i ponownie użyć.
Rozszerzenie chłodzenia zanurzeniowego poza tradycyjne centra danych
Chociaż chłodzenie zanurzeniowe zyskuje na popularności w tradycyjnych centrach danych, technologia ta oferuje ogromny potencjał w wielu innych zastosowaniach. Jej zdolność do obsługi obliczeń o wysokiej gęstości, a jednocześnie oszczędność miejsca i przyjazność dla środowiska sprawiają, że doskonale nadaje się do środowisk niestandardowych.
Edge Computing i środowiska o ograniczonej przestrzeni
Edge computing przybliża moc obliczeniową do źródła danych, redukując opóźnienia i usprawniając przetwarzanie w czasie rzeczywistym. Jednak lokalizacje brzegowe często borykają się z ograniczeniami przestrzennymi i brakiem solidnej infrastruktury chłodzącej dostępnej w dużych centrach danych. Tradycyjne metody chłodzenia powietrza, wymagające dużych systemów HVAC i central wentylacyjnych, nie zawsze są praktyczne w takich scenariuszach.
Z drugiej strony, chłodzenie zanurzeniowe można wdrożyć w kompaktowych, autonomicznych jednostkach, które znacząco zmniejszają zapotrzebowanie na miejsce. Rozwiązania takie jak GRC ICEraq pozwalają na montaż wielu szaf rack na niewielkiej powierzchni, zachowując jednocześnie wysoką wydajność chłodzenia. Dzięki temu chłodzenie zanurzeniowe idealnie sprawdza się w zastosowaniach edge computing w wieżach telekomunikacyjnych, sklepach detalicznych lub odległych obiektach przemysłowych. Dodatkowo, niższy poziom hałasu i brak systemów cyrkulacji powietrza sprawiają, że chłodzenie zanurzeniowe jest atrakcyjne w środowiskach, w których cicha praca ma kluczowe znaczenie, takich jak szpitale czy budynki biurowe.
Chłodzenie zanurzeniowe dla modułowych centrów danych
Modułowe centra danych – prefabrykowane moduły, które można szybko i elastycznie wdrażać, takie jak Submer MegaPod – to kolejny doskonały przykład zastosowania chłodzenia zanurzeniowego. Te centra danych są często wykorzystywane w operacjach wojskowych, w sytuacjach kryzysowych lub w tymczasowych konfiguracjach, gdzie tradycyjna infrastruktura nie jest możliwa. Dzięki chłodzeniu zanurzeniowemu, modułowe centra danych mogą pomieścić dużą moc obliczeniową w małej przestrzeni, jednocześnie zużywając mniej energii i infrastruktury do chłodzenia.
Castrol Submarine Mega Pod to przykład zastosowania chłodzenia zanurzeniowego w modułowych centrach danych. Te gotowe rozwiązania dla centrów danych są wyposażone w zbiorniki z chłodzeniem zanurzeniowym i wymienniki ciepła, co pozwala im działać niezależnie, przy minimalnej infrastrukturze. Dzięki kompaktowej konstrukcji idealnie sprawdzają się w sytuacjach, w których szybkie wdrożenie i wysoka wydajność obliczeniowa są wymagane w środowiskach o ograniczonej przestrzeni.
Ponowne wykorzystanie ciepła i zrównoważony rozwój na obszarach miejskich
Jedną z bardziej intrygujących zalet chłodzenia zanurzeniowego jest jego zdolność do ponownego wykorzystania ciepła generowanego przez serwery. W przeciwieństwie do centrów danych chłodzonych powietrzem, które często odprowadzają ciepło do otoczenia jako odpad, systemy chłodzenia zanurzeniowego mogą przekazywać ciepło do systemów wtórnych, takich jak ogrzewanie budynków czy procesy przemysłowe.
Na obszarach miejskich, gdzie brakuje gruntów, a zrównoważony rozwój jest priorytetem, chłodzenie zanurzeniowe można zintegrować z systemami ogrzewania miejskiego lub wykorzystać do ogrzewania pobliskich budynków. Na przykład, ciepło z centrum danych chłodzonego zanurzeniowo mogłoby dostarczać ciepłą wodę lub ogrzewanie budynków mieszkalnych lub komercyjnych. Ten model odzysku ciepła nie tylko poprawia efektywność energetyczną, ale także pomaga zmniejszyć ogólny wpływ centrum danych na środowisko.
Chłodzenie zanurzeniowe dla przemysłowych systemów przetwarzania brzegowego
Branże takie jak przemysł naftowy i gazowy, produkcja przemysłowa i energetyka w coraz większym stopniu polegają na przetwarzaniu brzegowym (edge computing) w celu przetwarzania danych i kontroli w czasie rzeczywistym. Środowiska te są często odległe, w trudnych warunkach, zawierają wybuchowe lub żrące gazy lub są narażone na ekstremalne wahania temperatury, co sprawia, że tradycyjne systemy chłodzenia są niepraktyczne. Chłodzenie zanurzeniowe oferuje solidne rozwiązanie, zapewniając stałe i wydajne odprowadzanie ciepła, nawet w trudnych warunkach.
W takich scenariuszach ciepło odpadowe z chłodzenia zanurzeniowego mogłoby być również wykorzystane w procesach przemysłowych. Na przykład, ciepło odpadowe mogłoby zostać wykorzystane jako element podgrzewania wstępnego do wytwarzania pary, podgrzewania wody, a nawet do wspierania operacji na miejscu wymagających energii cieplnej. Takie podejście wpisuje się w rosnący nacisk na bardziej ekologiczne i wydajne procesy przemysłowe, zapewniając jednocześnie niezawodną pracę systemów przetwarzania brzegowego w trudnych warunkach.
Zrównoważone obliczenia dla inteligentnych miast
Wraz z rozwojem projektów inteligentnych miast, chłodzenie zanurzeniowe może odgrywać kluczową rolę w utrzymaniu infrastruktury obliczeniowej, która obsługuje wszystko, od zarządzania ruchem drogowym po systemy bezpieczeństwa publicznego. Chłodzenie zanurzeniowe może umożliwić tworzenie gęstych węzłów obliczeniowych w inteligentnych budynkach, węzłach komunikacyjnych i systemach użyteczności publicznej, jednocześnie minimalizując zapotrzebowanie na chłodzenie.
Systemy te mogłyby również wykorzystywać ciepło odpadowe do odzyskiwania energii. Na przykład, inteligentne centra danych oparte na chłodzeniu zanurzeniowym mogłyby przekazywać nadmiar ciepła do zasilania stacji ładowania pojazdów elektrycznych, ogrzewania basenów miejskich lub wspomagać gospodarkę odpadami. W ten sposób inteligentne miasta mogą osiągnąć swój cel, jakim jest integracja zrównoważonego rozwoju z podstawową działalnością, jednocześnie zarządzając obciążeniem danymi, które napędzają usługi miejskie nowej generacji.
Poza chłodzeniem: wpływ na środowisko
Oprócz zmniejszenia zużycia energii, chłodzenie zanurzeniowe oferuje znaczące korzyści dla środowiska. Płyny Castrol są projektowane tak, aby nadawały się w pełni do recyklingu i nie miały wpływu na globalne ocieplenie. Firma bada również modele „płyn jako usługa”, w których zużyte płyny są zbierane, ponownie przetwarzane i zwracane klientowi w postaci świeżych, wysokowydajnych płynów. Takie podejście minimalizuje ilość odpadów i jest zgodne z rosnącym zapotrzebowaniem na zrównoważone funkcjonowanie centrów danych.
Co więcej, systemy chłodzenia zanurzeniowego można zintegrować z technologiami odzyskiwania ciepła. Na przykład, nadmiar ciepła generowanego przez serwery można wykorzystać do ogrzewania budynków lub zastosowań przemysłowych. Castrol badał nawet możliwość wykorzystania ciepła do ogrzewania basenów, co dodatkowo zwiększyłoby wydajność całego systemu.
Przyszłość chłodzenia zanurzeniowego
Wraz z rozwojem centrów danych i wzrostem zapotrzebowania na energię, zapotrzebowanie na wydajne i zrównoważone rozwiązania chłodzenia będzie rosło. Chłodzenie zanurzeniowe staje się jedną z najbardziej obiecujących technologii, które mogą sprostać tym potrzebom, szczególnie w przypadku obliczeń o wysokiej wydajności, obciążeń AI i innych wymagających aplikacji. Chociaż chłodzenie powietrzne i bezpośrednie chłodzenie cieczą nadal ma swoje miejsce, chłodzenie zanurzeniowe oferuje inną, ale atrakcyjną propozycję wydajności i skalowalności na przyszłość.
Prace prowadzone w Centrum Doskonałości Chłodzenia Cieczy Castrol reprezentują najnowocześniejsze rozwiązania w tej technologii. Skupienie się firmy na chemii płynów, kompatybilności materiałów i zarządzaniu cyklem życia czyni ją kluczowym graczem w opracowywaniu efektywnych i przyjaznych dla środowiska rozwiązań chłodzenia zanurzeniowego.
Nasza wizyta w zakładzie Castrol w Pangbourne ujawniła, że firma ta jest głęboko zaangażowana w przyszłość chłodzenia centrów danych. Od projektowania zaawansowanych płynów dielektrycznych po testowanie zbiorników zanurzeniowych i komponentów serwerowych, Castrol pomaga nam na nowo zdefiniować sposób myślenia o operacjach centrów danych. Wraz z rosnącą popularnością chłodzenia zanurzeniowego, staje się jasne, że doświadczenie Castrol w dziedzinie dynamiki płynów i materiałoznawstwa odegra kluczową rolę w kształtowaniu przyszłości tej technologii.
Amazon