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ASHRAE TC 9.9 指出芯片级直接冷却回路的四种常见故障

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ASHRAE TC 9.9 是数据中心行业大部分散热指导的技术委员会,它发布了一份可免费下载的技术公告,标题为《TCS 冷却液完整性和系统就绪最佳实践》。与标准机构的文件通常的做法不同,这份公告的开头更像是一个警告:“违反直接对芯片冷却系统的操作和保修要求太容易了。”

该公告于五月发布,现已上传至委员会的公开文件页面。公告列举了技术冷却系统 (TCS) 在四个方面可能偏离其设计基准的情况,这些偏差在调试阶段不易察觉,却会在数月后显现为损坏。公告的发布时间恰逢人工智能级处理器密度推动的芯片级液冷技术在主流数据中心的大规模应用浪潮。

戴尔 PowerCool CDU C7000 冷却液分配单元,属于 ASHRAE TC 9.9 公告涵盖的 TCS 硬件类别。

像戴尔的 PowerCool CDU 这样的冷却液分配硬件的成败取决于新公告中规定的流体控制规范。

如果这些内容听起来很熟悉,那是因为戴尔的蒂姆·谢德(Tim Shedd)上周在第152期播客节目中就详细探讨了这些问题,从冷却液的化学成分和过滤,到为什么调试过程中的捷径会在安装人员离开很久之后才显现出故障,他还提到这份公告即将发布。谢德是这份公告的撰稿人之一,其他撰稿人还包括戴尔的梅拉杰·莫赫比(Meraj Mohebi)、IBM的达斯汀·德米特里乌(Dustin Demetriou)、AMD的阿什温·西达尔特(Ashwin Siddarth)、Vertiv的克里斯·坎贝尔(Chris Campbell)、甲骨文的瓦利·索雷尔(Vali Sorell),以及来自Fluid2Chip和DLB Associates的工程师。这份跨厂商的名单反映了这一问题的普遍性。

StorageReview Podcast 第 152 期节目:Tim Shedd 主讲的戴尔 PowerCool CDU 机架式液冷技术在大规模液冷应用中的应用

蒂姆·谢德在第 152 期播客节目中预告了本期简报的主题。

四种失效路径

冷却液成分至关重要,因为下游所有部件的尺寸都以此为基础。大多数单相系统的设计都基于标称浓度为 25% 的丙二醇混合物 (PG25)。该公告详细说明了偏离设计基准配方会如何改变粘度、密度、比热容和导热系数,进而导致压降改变、泵工作点偏移、换热器效率降低,甚至影响常压装置 (CDU) 的控制稳定性。乙二醇应符合 TC 9.9 的最低质量标准或 IT 设备制造商的规格。未经确认影响就混合冷却液是该公告中明确规定的需要进行结构化技术审查的情况之一。

空气管理是关键所在。夹带空气会降低传热效率、导致泵气蚀、加速腐蚀并延长调试周期。该公告特别指出了一种令团队措手不及的机制:除气在高温下最为有效,而回路只有在重负荷下才能达到这种温度,因此,一旦系统稳定在稳态温度,空气问题可能在启动数周后才出现。该指南涵盖了在常温冷凝器 (CDU) 入口附近的温热低压回水管上安装分离器、在每个高温点进行排气,以及避免使用可能无限期滞留空气的弯头、垂直死角、倒U形弯管和无排气软管。

公告中对不锈钢钝化处理的措辞最为严厉。焊接、打磨和现场制造都会破坏不锈钢表面的氧化铬膜,而正是这层氧化铬膜赋予了不锈钢耐腐蚀性。如果没有按照 ASTM A380/A967 标准进行适当的清洁和重新钝化,游离铁就会进入冷却液,污染冷板赖以运转的微通道表面。这些微通道表面与我们在 Chilldyne 冷板深度分析中仔细研究过的扰流器结构相同,流体质量决定了这些精细结构能否持续有效地传递热量,还是会被堵塞。公告中明确指出:“任何未进行钝化的已安装部件都可能危及系统的运行。”

系统压力额定值构成了这四项指标的最后两项。委员会建议采用完整的压力级联液压模型,不仅涵盖稳态运行,还包括冲洗和填充压力、静压、泄压阀设定值、膨胀罐预充气压力以及与设备连接和断开相关的瞬态过程。委员会还指出,IEC 62368-1 标准要求在额定最大工作压力的 1.5 倍下进行静水压安全测试,并且泄压阀的设定值应低于 IT 设备制造商在其热模板中公布的额定最大压力。设计所针对的故障模式是代价高昂的:IT 设备本身过压。

从指导到现场检查清单

公告后半部分阐述了操作要点,显然是由有过类似经历的人撰写的。冷却液的浓度和质量应在初始加注时、任何大量补充液添加后以及定期进行实验室验证,设计基准流体规格应记录在交付文件中。真空加注是一种日益普及的去除滞留空气的技术,但它有一个我们之前未曾注意到的注意事项:乙二醇混合物在真空条件下可能会部分分离,因此委员会建议在真空加注后进行取样和实验室测试,以确认混合物保持均匀。公告还对自动排气阀与手动排气阀的优劣给出了实际的判断(在确认回路中无空气后,应封堵自动排气阀或用阀门隔离,而不是更换硬件),整份文件最后附有一份现场验证清单,其中列出了每个风险区域对应的验证内容、可接受的证据以及重要性,调试人员可以直接将此清单纳入其质量保证计划中。

本公告是 TC 9.9 发布的《2024 年液冷:冷板部署的弹性指南》的配套文件,并附有标准免责声明:本公告仅供参考,不取代 IT 设备制造商的要求或当地法规。如需了解为何这种管道设计如此重要,谢德 (Shedd) 时长一小时的播客节目是一个不错的选择。

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布赖恩·比勒

Brian 位于俄亥俄州辛辛那提市,是 StorageReview.com 的首席分析师兼总裁。