Новости

Aug 08, 2023

Однофазный против двухфазного

В условиях постоянного увеличения расчетной тепловой мощности (TDP) чипов традиционные методы воздушного охлаждения с трудом удовлетворяют требованиям к охлаждению современных гипермасштабных центров обработки данных. Как результат,

В условиях постоянного увеличения расчетной тепловой мощности (TDP) чипов традиционные методы воздушного охлаждения с трудом удовлетворяют требованиям к охлаждению современных гипермасштабных центров обработки данных.

В результате жидкостное охлаждение стало многообещающим решением из-за высокой удельной теплоемкости жидкостей.

Жидкостное охлаждение можно разделить на два основных типа: однофазное жидкостное охлаждение и двухфазное жидкостное охлаждение. Разница между этими двумя заключается в том, происходит ли фазовый переход в процессе охлаждения.

Двухфазное охлаждение, хотя и обеспечивает более высокую холодопроизводительность, также создает ряд проблем, таких как более высокие затраты и проблемы регулирования.

Двухфазные охлаждающие жидкости обычно используются как при иммерсионном охлаждении, когда весь электронный компонент погружен в охлаждающую жидкость, так и при охлаждении непосредственно на кристалле, когда охлаждающая жидкость вступает в непосредственный контакт с чипом.

При однофазном охлаждении холодной пластины используется хладагент, такой как водный гликоль, который циркулирует внутри холодной пластины с помощью блоков распределения охлаждающей жидкости (CDU).

Охлаждающая жидкость поглощает тепло посредством конвекции при прохождении над источниками тепла (например, графическими процессорами). С другой стороны, в двухфазных холодных пластинах или испарителях используются диэлектрические хладагенты с низкой температурой кипения. При двухфазном охлаждении поглощение тепла в основном происходит за счет скрытой теплоты во время фазового перехода хладагента.

В отличие от однофазного охлаждения, двухфазные охлаждающие пластины не полагаются на насосы и CDU для циркуляции, а вместо этого используют саморегулирование с контролем температуры, что упрощает обслуживание из-за отсутствия движущихся компонентов.

Кроме того, большинство двухфазных охлаждающих жидкостей не вызывают коррозии, что позволяет выбирать более широкий диапазон материалов для стоечного коллектора и корпуса охлаждающей пластины и снижает требования к техническому обслуживанию.

Однако важно отметить, что некоторые двухфазные хладагенты содержат органические фторсодержащие компоненты, что вызывает обеспокоенность по поводу их потенциала глобального потепления и воздействия на окружающую среду.

Прекращение производства некоторых полифторалкильных веществ (PFAS) такими компаниями, как 3M, к концу 2025 года будет иметь последствия как для двухфазных холодных пластин, так и для двухфазного иммерсионного охлаждения.

В случае однофазных холодных пластин падение давления является критическим параметром. CDU прокачивает охлаждающую жидкость через коллекторы и быстроразъемные соединения, а неравномерное падение давления может привести к разным скоростям потока между различными охлаждающими пластинами, что приводит к неравномерному охлаждению.

Хотя теоретически скорость потока можно контролировать вручную для достижения бесконечной охлаждающей способности, на практике охлаждающая жидкость обычно перекачивается при температуре, близкой к температуре кипения, что требует использования примерно 20 процентов максимальной скорости откачки для предотвращения кавитации.

Это создает практические препятствия для внедрения, поскольку для достижения высокой охлаждающей способности потребуется значительный объем воды, например 2,5 литра в минуту для охлаждающей пластины с охлаждающей способностью 1000 Вт.

Более подробную информацию об одно- и двухфазных охлаждающих пластинах, а также о материалах для CDU и коллекторов можно найти в последнем исследовательском отчете IDTechEx «Термический менеджмент для центров обработки данных 2023-2043».

Иммерсионное охлаждение известно своей высокой эффективностью охлаждения, предлагая низкую частичную эффективность использования энергии (pPUE) 1,01, что является самым низким среди всех подходов к охлаждению центров обработки данных.

Однако из-за требований PFAS и экологических проблем существует тенденция к переходу на однофазное погружное охлаждение и использованию хладагентов с низким содержанием фтора и без PFAS.

Эти переходы, хотя и являются многообещающими, сопряжены с высокими затратами и эксплуатационными сложностями. Кроме того, обеспечение совместимости жидкого хладагента и серверов остается постоянной проблемой.

Тем не менее, между поставщиками погружного охлаждения и поставщиками серверов налажено заметное сотрудничество. Крупные компании инициировали пилотные проекты, что свидетельствует о растущем интересе и инвестициях в технологию погружного охлаждения.