Pourquoi le refroidissement par eau de datacenter n'est pas répandu?
D'après ce que j'ai lu et entendez des centres de données, il n'ya pas trop de salles de serveur qui utilisent le refroidissement de l'eau, et aucun des centres de données Largerst n'utilise de refroidissement de l'eau (corrigez-moi si je me trompe). En outre, il est relativement facile d'acheter des composants ordinaires PC à l'aide d'un refroidissement par eau, tandis que les serveurs racks refroidis par eau sont presque inexistants.
D'autre part, utiliser de l'eau peut éventuellement (IMO):
Réduisez la consommation d'énergie de grands centres de données, surtout s'il est possible de créer des installations de refroidissement directe (c'est-à-dire que l'installation est située près d'une rivière ou d'une mer).
Réduisez le bruit, rendant moins douloureux que les humains travaillent dans des centres de données.
Réduire l'espace nécessaire aux serveurs:
- Au niveau du serveur, j'imagine que dans les serveurs de rack et de lame, il est plus facile de passer les tubes de refroidissement de l'eau que de gaspiller de l'espace pour permettre à l'air de passer à l'intérieur,
- SUR LE NIVEAU DE DATACENTER, s'il est toujours nécessaire de conserver les allées entre les serveurs pour l'accès à la maintenance aux serveurs, l'espace vide sous le sol et au niveau du plafond utilisé pour l'air peut être supprimé.
Alors, pourquoi les systèmes de refroidissement de l'eau ne sont pas généralisés, ni sur le niveau de datacenter, ni sur le niveau des serveurs de rack/lame?
Est-ce parce que:
Le refroidissement par eau est à peine redondant sur le niveau du serveur?
Le coût direct de l'installation refroidie par eau est trop élevé par rapport à un datacenter ordinaire?
Il est difficile de maintenir un tel système (le nettoyage régulier du système de refroidissement de l'eau qui utilise de l'eau d'une rivière est bien sûr beaucoup plus compliqué et coûteux que le nettoyage des aspirateurs)?
Je vais donc casser ma réponse dans les parties servirelles:
- Propriétés physiques de l'eau par rapport à l'air et à l'huile minérale
- Risques d'utilisation de l'eau et de mauvaises expériences historiques
- Coût total de refroidissement d'un centre de données
- Affaiblies des systèmes de refroidissement liquide classiques
Propriétés physiques de l'eau par rapport aux autres
D'abord quelques règles simples:
- Liquide peut transporter plus de chaleur que les gaz
- Evaporation d'un extrait de liquide plus de chaleur (utilisé au réfrigérateur)
- L'eau a les meilleures propriétés de refroidissement de tous les liquides.
- Un extrait de fluide en mouvement chauffeur mieux qu'un fluide non mobile
- Le flux turbulent nécessite plus d'énergie pour être déplacé mais extraire la chaleur animée mieux que le flux laminaire.
Si vous comparez de l'eau et de l'huile minérale versus de l'air (pour le même volume)
- l'huile minérale est d'environ 1500 fois mieux que l'air
l'eau est d'environ 3500 fois mieux que l'air
l'huile est un mauvais conducteur d'électricité dans toutes les conditions et est utilisé pour refroidir les transformateurs de puissance élevés.
- l'huile en fonction de son type exact est un solvant et est capable de dissoudre le plastique
- l'eau est un bon conducteur d'électricité s'il n'est pas pur (contient des minéraux ...) sinon pas
- l'eau est un bon électrolyt. Donc, les métaux mis en contact avec de l'eau peuvent être dissous dans certaines conditions.
Maintenant, certains commentaires sur ce que j'ai dit ci-dessus: les comparaisons sont fabriquées à la pression atmosphérique. Dans cette condition, l'eau coupe à 100 ° C, ce qui est au-dessus de la température maximale pour les processeurs. Donc, lorsque vous refroidissez avec de l'eau, l'eau reste liquide. Refroidissement avec des composés organiques tels que l'huile minérale ou le fréon (ce qui est utilisé au réfrigérateur) est une méthode classique de refroidissement pour une application (centrales électriques, véhicules militaires ...) mais une utilisation à long terme de l'huile en contact direct avec du plastique n'a jamais été faite dans le secteur informatique. Donc, son influence sur la fiabilité des pièces de serveur est inconnue (l'évolution verte ne dit pas un mot à propos de). Vous faire un mouvement liquide est important. S'appuyant sur le mouvement naturel à l'intérieur d'un liquide non mobile pour éliminer la chaleur est inefficace et diriger correctement un liquide sans tuyau est difficile. Pour ces raisons, le refroidissement par immersion est loin d'être la solution parfaite aux problèmes de refroidissement.
Problèmes techniques
Le déplacement de l'air est facile et les fuites ne sont pas une menace pour la sécurité (bien efficacité). Cela nécessite beaucoup d'espace et consommer de l'énergie (15% de votre ordinateur de bureau va à vos fans)
Faire un mouvement liquide est gênant. Vous avez besoin de tuyaux, de blocs de refroidissement (plaques froides) attachées à chaque composant que vous souhaitez refroidir, un réservoir, une pompe et peut-être un filtre. De plus, le service d'un tel système est difficile puisque vous devez retirer le liquide. Mais cela nécessite moins d'espace et nécessite moins d'énergie.
Un autre point important est que beaucoup de recherche et de normalisation ont été sur la manière de concevoir des cartes mères, des serveurs de bureau et des serveurs basés sur un système à base d'air avec des ventilateurs de refroidissement. Et les conceptions résultantes ne sont pas adéquates pour les systèmes liquides. Plus d'infos à formffacteurs.org
Des risques
- Les systèmes de refroidissement par eau peuvent fuir si votre conception est mal terminée. Les tuyaux chauffants sont un bon exemple de système à base de liquide qui n'a aucune fuite ( regarder ici pour plus d'informations )
- Les systèmes de refroidissement d'eau communs ne refroidissent que le composant chaud et nécessitent donc un flux d'air pour un autre composant. Vous avez donc 2 systèmes de refroidissement au lieu d'un et vous dégradez les performances de votre système de refroidissement d'air.
- Avec des conceptions standard, une fuite d'eau a un risque énorme de causer beaucoup de dégâts si elle entre en contact avec des pièces métalliques.
Remarques
- L'eau pure est un mauvais conducteur d'électricité
- Presque toutes les parties des composants électroniques sont revêtues d'un revêtement non conducteur. Seuls les tampons de soudure ne sont pas. Donc, quelques gouttes d'eau peuvent être inoffensives
- Les risques liés à l'eau peuvent être atténués par des solutions techniques existantes
L'air de refroidissement réduit sa capacité à contenir de l'eau (humidité) et il y a donc un risque de condensation (mauvais pour l'électronique). Donc, lorsque vous refroidissez l'air, vous devez enlever l'eau. Cela nécessite de l'énergie. Niveau d'humidité normal pour un humain est d'environ 70% d'humidité. Il est possible que vous ayez besoin de refroidir après refroidissement de l'eau dans votre air pour les personnes.
Coût total d'un centre de données
Lorsque vous envisagez de refroidir dans un centre de données, vous devez prendre en compte chaque partie de celui-ci:
- Conditionnement de l'air (filtrage, élimination de l'excès d'humidité, le déplacer autour de ...)
- L'air frais et chaud ne doit jamais se mélanger autrement, vous abaissez votre efficacité et il y a un risque de point chaud (points qui ne sont pas suffisamment refroidis)
- Vous avez besoin d'un système pour extraire la chaleur en excès ou vous devez limiter la densité de production de chaleur (moins de serveurs par rack)
- Vous avez peut-être déjà des pipes pour retirer la chaleur de la pièce (pour le transporter jusqu'au toit)
Le coût d'un centre de données est entraîné par sa densité (quantité de serveurs par mètre carré) et sa consommation d'énergie. (Certains autres facteurs entrent également en compte mais pas pour cette discussion) La surface totale du datacenter est divisée en surface utilisée par le serveur eux-mêmes, par le système de refroidissement, par les utilitaires (électricité ...) et par des salles de service. Si vous avez plus de serveur par rack, vous avez besoin de plus de refroidissement et donc plus d'espace pour le refroidissement. Cela limite la densité réelle de votre datacenter.
Habitudes
Un datacenter est quelque chose de très complexe qui nécessite beaucoup de fiabilité. Les statistiques des temps d'arrêt Les causes dans un centre de données disent que 80% des temps d'arrêt sont causés par des erreurs humaines.
Pour atteindre le meilleur niveau de fiabilité, vous avez besoin de nombreuses procédures et mesures de sécurité. Donc, historiquement dans les centres de données, toutes les procédures sont effectuées pour les systèmes de refroidissement de l'air et que l'eau est limitée à son utilisation la plus sûre si elle n'est pas interdite à partir de centres de données. Fondamentalement, il est impossible pour l'eau de venir en contact avec des serveurs.
Jusqu'à présent, aucune entreprise n'a pu venir avec une solution de refroidissement de l'eau suffisante pour changer cette question de faits.
Sommaire
- Techniquement, l'eau est meilleure
- Les conceptions de conception et de datacenter de serveur ne sont pas adaptées au refroidissement de l'eau
- Les procédures de maintenance et de sécurité actuelles interdisent l'utilisation du refroidissement de l'eau à l'intérieur des serveurs
- Aucun produit commercial n'est assez bon pour être utilisé dans les centres de données
Pendant que nous avons quelques étagères refroidies par l'eau (celles-là en fait, ne savez pas si elles les rendent toujours) le refroidissement direct de l'eau est un peu ancienne ces jours-ci. La plupart des nouveaux grands centres de données sont en cours de construction avec des tunnels d'aspiration que vous poussez votre rack dans, puis tire l'air ambiant à travers et expulser ou capture pour réutiliser la chaleur recueillie lors de la déplacement de l'équipement. Cela signifie pas de refroidissement du tout et permet d'économiser d'énormes quantités d'énergie, de complexité et de maintenance, bien qu'il limite les systèmes à utiliser des racks/tailles très spécifiques et nécessite que l'espace de rack de rechange soit "masqué" à l'avant.
L'eau est un solvant universel. Compte tenu de suffisamment de temps, il va manger à travers tout.
Le refroidissement à l'eau ajouterait également un niveau de complexité considérable (et coûteux) à un centre de données que vous faites allusion à votre message.
Les systèmes de suppression des incendies dans la plupart des centres de données ne contiennent pas d'eau pour quelques raisons très spécifiques, les dommages causés par l'eau peuvent être plus importants que les dégâts d'incendie dans de nombreux cas et car les centres de données sont chargés de disponibilité (avec des générateurs de sauvegarde pour la puissance, etc.) Cela signifie qu'il est assez difficile de couper le pouvoir à quelque chose (en cas de feu) pour gicler de l'eau.
Pouvez-vous également imaginer si vous avez un type de système de refroidissement de l'eau complexe dans votre centre de données, qui abandonne le fantôme en cas d'incendie? Yikes.
l'eau ne doit pas être utilisée pour le refroidissement du datacenter, mais une huile minérale qui se mélange très bien à l'électricité. Voir http://www.datacenternknowledge.com/Rarchives/2011/04/12/Green-Revolutions-immersion-Cooling-In-Action/
même si la solution est nouvelle, la technologie est assez ancienne, cependant, ce type de changement dans les centres de données existants qu'il devient très difficile, car vous devez remplacer les racks existants avec de nouveaux types de racks ...
Je pense que la réponse courte est qu'elle ajoute une complexité considérable. Ce n'est pas tellement une question de l'espace.
Si vous avez de grandes quantités d'eau pour traiter (tuyauterie, ruissellement, etc.), vous ajoutez beaucoup de risques ... L'eau et l'électricité ne se mélangent pas bien (ou ils se mélangent trop bien, en fonction de la façon dont vous regardez ce).
L'autre problème avec l'eau est l'humidité. À grande échelle, il va jeter tous vos systèmes de climatisation pour une boucle. Ensuite, il y a une accumulation de minéraux de l'évaporation et sans doute des tonnes d'autres choses que je ne pensais pas à ici.
Le fait de ne pas dissuader l'utilisation de l'eau dans les centres de données est le fait que la plupart des systèmes de refroidissement par eau sont primitifs. Ils ont tous besoin de connecteurs rapides pour connecter le serveur à la source d'eau dans le rack et sont une source d'échec, d'autant plus que vous pouvez en avoir des milliers de personnes dans un DC. Ils rendent également les serveurs plus difficiles à servir et dans la plupart des cas, vous avez toujours besoin de fans. Donc, vous ajoutez à la complexité.
Sur le côté humain, la plupart des gestionnaires des installations résistent à la modification. Ils sont très habiles avec le refroidissement par voie aérienne et un mouvement de liquide rendrait ces compétences obsolètes. Autres installations OEM résistera à la modification, car cela impliquerait une gamme de produits complète Refaire.
Le changement ne viendra qu'avec une) meilleure conception de refroidissement liquide et b) la législation pour forcer le changement
Ils le font, mais vous avez besoin de composants d'ingénierie personnalisés, OVH (l'une des plus grandes entreprises de datacenter du monde) utilise un refroidissement par eau depuis plus de 10 ans.
Découvrez ce lien où vous pouvez voir leurs racks: http://www.youtube.com/watch?v=wrzxmfeevoe
Le principal problème des entreprises classiques est que vous devez faire de la R & D pour utiliser ces technologies.
L'eau peut ne pas être le meilleur fluide à utiliser. Comme indiqué, il va dissoudre chaque/tout ce qui suit au fil du temps. L'eau a sûrement une bonne utilisation dans les applications de refroidissement, mais l'allrique n'est pas le meilleur. Cependant, l'huile minérale peut également entrer en jeu, ce n'est pas non plus la meilleure option de choisir.
Des huiles de transfert de chaleur spéciales sont disponibles non corrosives - contrairement à de l'eau - et ont été spécialement conçues pour être utilisées comme fluide de transfert de chaleur. Le parathirm en fait une grande variété de ces personnes déjà.
Le problème serait d'accrocher des trucs jusqu'à un échangeur de chaleur en boucle fermée et nous parlons de grands nombres.
La solution est déjà faite, mais non utilisée dans les environnements électroniques et provient de machines agricoles. Pour nommer, hydraulique. Les terminaisons de tuyaux à pression rapide sont des preuves de fuite, si elles sont déconnectées, elles les ferment également de la fin des hommes et des femmes. A la très pire, on n'aurait pas plus de 1-2 petites gouttelettes lors de la déconnexion.
Nous pouvons donc éliminer cette partie. Concevoir des pièces de cuivre appropriées qui conviennent à chaque puce/circuit à refroidissement qui doit être refroidie est toutefois une tâche exigeante. Comme en cas de refroidissement liquide, chaque partie qui doit se débarrasser de l'excès de chaleur doit être couverte. Il faudrait une pompe à pression relativement élevée, présiderait des capteurs et des réducteurs pour que chaque rack ait une quantité correcte de liquide circulant et d'empêcher une défaillance. Les vannes d'arrêt électroniques seraient également nécessaires. Ce n'est rien de nouveau car ces pièces sont déjà faites, même si pour différentes intentions en premier lieu. De nombreux petits ventilateurs ont l'avantage de la redondance, de sorte que plusieurs unités de pompe seront souhaitées pour empêcher les chances d'une seule défaillance de points.
En dehors de cela, s'il s'agit d'un véritable cycle de boucle fermée, puis de déplacer un fluide de transfert de chaleur à faible viscosité plutôt qu'une énorme quantité d'air se paierait naturellement.
En fait, il aurait plusieurs façons de le faire. Tout d'abord, les coûts de climatisation et les coûts de fonctionnement des ventilateurs seraient réduits. Ne sous-estimez jamais ces coûts. Même un petit ventilateur peut prendre quelques watts de puissance et les fans échouent après une heure. Une pompe hydraulique peut fonctionner - compte tenu de la basse pression impliquée dans cette application - littéralement pendant des années 24/7, en substituant un grand nombre de ventilateurs. Ensuite, les puces de qualité serveur sont capables de résister à la maltraitance et peuvent courir à des températures très élevées par rapport aux trucs de bureau. Malgré tout, gardez-les bien plus cool et la durée de vie attendue sera plus longue qui ne doit jamais être bouleversée compte tenu du prix de ces choses. La filtration de l'air pour empêcher la poussière et l'humidité ne serait plus nécessaire.
Ces facteurs de loin de l'extérieur des inconvénients de ce type de technologie de refroidissement. Cependant, l'investissement initial est plus élevé. La solution peut sûrement fournir des configurations de serveurs de densité supérieures, mais au moment de l'investissement, il n'est tout simplement pas pris en compte par les centres de données. La ré-construit une solution de refroidissement existante prendrait du temps et le temps est de l'argent. L'entretien serait également très facile que des dissipateurs thermiques volumineux ne seraient tout simplement pas nécessaires, ni des fans. Nombre réduit de points d'échec potentiels (chaque ventilateur est l'un d'entre eux) est quelque chose à garder à l'esprit, également des pompes redondantes peuvent lancer sans interaction des opérateurs. Les fans font aussi chaleurner eux-mêmes. Considérez une unité avec 20 ventilateurs à l'intérieur de chacun, ce qui ne donne que 5 watts. Le résultat final serait un autre 100 watts de chaleur pour se débarrasser d'une manière ou d'une autre. Les pompes et les moteurs de conduite feraient également de la chaleur, mais pas dans une unité de rack. Plutôt séparé et isolé du système cible. En cas de court-circuit, dites un short d'élément actif pouvant être utilisé, ce type de refroidissement liquide peut réellement déplacer suffisamment de chaleur et réduire ainsi la probabilité d'épandage de feu. Déplacer de l'air frais près d'un incendie n'est pas la meilleure idée. De même, les pièces en plastique fondue et plastique sont florables. Le fluide de transfert de chaleur fonctionnera volontiers à des températures où les ventilateurs fondaient potentiellement offrant des possibilités pour une autre source de court-circuit.
Donc, le refroidissement liquide serait-il dangereux? Je pense que d'un point de vue de la sécurité Les tas de petits fans sont beaucoup plus dangereux. De la durée de vie de la vie, le refroidissement liquide est de loin plus préféré à mon avis. Les seul inconvénients sont la formation du personnel et les investissements initiaux. En dehors de cela, c'est une solution beaucoup plus viable qui paie bien même au milieu de la course.
Les centres de dater refroidis par eau sont très efficaces et des économies de coûts d'énergie à condition que vous disposiez de l'eau purifiée. Cependant, les dangers sont plus si ils sont en contact étroit. 1) Niveaux d'humidité/d'humidité
[.____] 2) Électricité Aginst de l'eau.