Pilnībā ar šķidrumu dzesējamu serveru revolūcija Efektīvi dzesēšanas risinājumi CPU, atmiņai un PCIe

 

Saskaņā ar Ķīnas 14. piecu gadu plānu, kurā uzsvērta digitālās ekonomikas attīstība, datu centri kalpo kā galvenā infrastruktūra, kas atbalsta digitālo transformāciju, taču tie arī saskaras ar ievērojamu oglekļa emisiju spiedienu. Palielinoties mikroshēmu un serveru enerģijas patēriņam, jaudas blīvums uz vienu plauktu palielinās, un tradicionālā gaisa dzesēšana pakāpeniski kļūst ierobežota siltuma izkliedes un enerģijas optimizācijas ziņā.

 

▲ Datu centri

 

Šķidruma dzesēšana kā jauna dzesēšanas tehnoloģija izmanto šķidro dzesēšanas šķidrumu, lai aizvadītu komponentu radīto siltumu. Salīdzinot ar gaisa dzesēšanu, šķidruma dzesēšana piedāvā vairākas priekšrocības, tostarp atbalstu lieljaudas mikroshēmām, pagarinātu mikroshēmu kalpošanas laiku, samazinātu datu centru PUE (enerģijas izmantošanas efektivitāti), uzlabotu siltuma pārneses efektivitāti, samazinātu siltuma punktu skaitu, atbalstu lielākam plauktu blīvumam, samazinātu. troksni un uzlabotu pielāgošanos videi. Tāpēc šķidruma dzesēšana kļūs par svarīgu nākotnes datu centra būvniecības sastāvdaļu, kas ir ļoti svarīga zaļās skaitļošanas un oglekļa neitralitātes mērķu sasniegšanai.

 

Pilnībā ar šķidrumu atdzesētu serveru mezgli sastāv no mezgla šasijas, mātesplates, CPU mikroshēmām, atmiņas moduļiem, atmiņas aukstuma plāksnēm, CPU aukstuma plāksnēm, IO aukstuma plāksnēm, barošanas blokiem un barošanas avota siltummaiņiem.

 

 

I CPU aukstās plāksnes dizains

 

CPU aukstās plāksnes modulis ir izstrādāts, pamatojoties uz Intel 5. paaudzes Xeon platformas mērogojamā procesora aukstās plates prasībām. Tas ņem vērā tādus faktorus kā siltuma izkliede, konstrukcijas veiktspēja, raža, izmaksas un savietojamība ar dažādiem materiāliem aukstuma plākšņu projektēšanā, kā rezultātā tiek iegūts optimizēts atsauces dizains. CPU aukstuma plāksne galvenokārt sastāv no alumīnija kronšteina, aukstās plāksnes un aukstās plāksnes savienotājiem.

 

▲ CPU aukstā plate

 

 

II Atmiņas šķidruma dzesēšanas dizains

 

Atmiņas šķidruma dzesēšanas konstrukcijā ir izmantots novatorisks "rail tie" šķidruma dzesēšanas radiators, kas nosaukts tā līdzības dēļ ar gulšņiem uz dzelzceļa sliedēm, kad atmiņas sloti ir pilnībā aizņemti. Šis dizains apvieno tradicionālo gaisa dzesēšanu ar aukstās plāksnes dzesēšanu. Radiators, kas ietver siltuma caurules (vai izgatavots no tīra alumīnija/vara, VaporChamber u.c.), pārnes siltumu no atmiņas uz abiem galiem, kas pēc tam saskaras ar aukstuma plāksni caur izvēlētajiem termiskajiem spilventiņiem, ļaujot šķidrajam dzesēšanas šķidrumam aukstajā plāksnē. lai aiznestu siltumu.

 

Atmiņu un radiatoru var salikt minimālas apkopes vienībā (saukta par atmiņas moduli) ārpus sistēmas, izmantojot armatūru. Atmiņas aukstuma plāksne ir izstrādāta ar konstrukciju, kas nodrošina labu kontaktu starp radiatoru un atmiņas aukstuma plāksni. Šo konstrukciju pēc vajadzības var nostiprināt ar skrūvēm vai apkopt bez instrumentiem. Atmiņas aukstās plāksnes augšdaļa atdzesē atmiņu, savukārt apakšējā daļa var atdzesēt citus mātesplates siltumu radošus komponentus, piemēram, VR, tādējādi maksimāli izmantojot atmiņas aukstās plāksnes izmantošanu. Lai vienkāršotu aukstās plāksnes dizainu, starp atmiņu un mātesplati var ievietot adaptera kronšteinu, lai nodrošinātu dažādu mātesplates augstuma attālumu.

 

▲ Atmiņas aukstā plāksne

 

Salīdzinājumā ar tirgū esošajiem šķidrās dzesēšanas risinājumiem, kas balstīti uz caurulēm, "sliedes saites" šķidruma dzesēšanas konstrukcijai ir šādas priekšrocības:

 

Apkopes vienkāršība:Atmiņas apkopes laikā atmiņas modulis tiek apkalpots tāpat kā gaisa dzesēšanas atmiņas modulis, bez nepieciešamības noņemt radiatoru un stiprinājumus. Tas ievērojami uzlabo montāžas efektivitāti un uzticamību, vienlaikus samazinot iespējamos atmiņas mikroshēmu un termisko paliktņu bojājumus uzstādīšanas un noņemšanas laikā.

 

Laba saderība: Tdzesēšanas veiktspēju neietekmē dažādi atmiņas mikroshēmu biezumi vai atstarpes. Risinājums atbalsta minimālo atstarpi atmiņā 7,5 mm un ir saderīgs ar augšupvērstu virzienu. Radiatora un aukstās plāksnes atdalītais dizains ļauj atkārtoti izmantot un standartizēt ar šķidrumu dzesētu atmiņu.

 

Augstāka izmaksu efektivitāte:Dzesētāju var izvēlēties, pamatojoties uz atmiņas enerģijas patēriņu, un radiatoru skaitu var konfigurēt atbilstoši atmiņas prasībām. Atmiņas atstarpei 7,5 mm šis risinājums var apmierināt atmiņas moduļu dzesēšanas vajadzības, kuru enerģijas patēriņš pārsniedz 30 W.

 

Viegli ražot un montēt:Starp atmiņas slotiem nav šķidruma dzesēšanas cauruļu, tāpēc nav nepieciešama sarežģīta cauruļu metināšana un procesa kontrole. Radiatoru var izgatavot, izmantojot tradicionālo gaisa dzesēšanu un standarta CPU aukstās plāksnes ražošanas metodes. Siltuma veiktspēja nav jutīga pret pielaidēm starp radiatoru un mātesplati virzienā, kas ir perpendikulārs atmiņas mikroshēmas plaknei, padarot montāžu vieglāku.

 

Augsta uzticamība:Šķidruma dzesēšanas dizains "sliedes saite" novērš iespējamos atmiņas mikroshēmu un termisko paliktņu bojājumus montāžas laikā un atbilst vairāku ievietošanas/izņemšanas prasībām. Turklāt tas novērš signāla kontakta problēmu risku starp atmiņu un ligzdām neatbilstības dēļ, ievērojami uzlabojot sistēmas uzticamību.

 

 

III SSD šķidruma dzesēšanas dizains

 

Novatoriskais SSD šķidruma dzesēšanas risinājums pārnes siltumu no SSD zonas caur radiatoru ar iebūvētām siltuma caurulēm. Pēc tam siltums tiek novadīts uz aukstuma plāksni ārpus SSD zonas tiešā saskarē ar termiskajiem spilventiņiem.

 

Šis SSD šķidruma dzesēšanas risinājums galvenokārt sastāv no SSD moduļa ar radiatoru, SSD aukstuma plāksni, SSD moduļa bloķēšanas mehānismu un SSD kronšteinu. SSD kronšteina bloķēšanas mehānisms nodrošina pareizu priekšslodzi, lai uzturētu uzticamu ilgtermiņa kontaktu starp SSD moduli un aukstuma plāksni. Lai atvieglotu uzstādīšanu ierobežotās telpās, SSD kronšteins izmanto atvilktnes tipa dizainu servera dziļuma virzienā.

 

▲ SSD šķidruma dzesēšanas dizains

 

Salīdzinot ar esošajiem SSD šķidruma dzesēšanas mēģinājumiem, šī risinājuma sasniegumi ietver:

• Atbalsta vairāk nekā 30 karstās nomaiņas ievietošanas/izņemšanas bez izslēgšanas.
• Nav termiskās saskarnes materiālu bīdes bojājumu riska SSD uzstādīšanas laikā; bloķēšanas mehānisms nodrošina ilgstošu kontaktu uzticamību.
• Zema ražošanas sarežģītība, kas prasa tikai tradicionālos gaisa dzesēšanas un CPU aukstās plāksnes ražošanas procesus.
• Nav ūdens ceļu starp SSD, ļaujot vairākiem SSD diskiem koplietot vienu aukstuma plāksni, samazinot savienotāju skaitu un samazinot noplūdes risku.
• Elastīga pielāgošanās dažādiem SSD biezumiem un sistēmas konfigurācijām.

 

 

IV NPCIe/OCP kartes šķidruma dzesēšanas dizains

 

1. PCIe šķidruma dzesēšanas šķīdums

PCIe kartes šķidruma dzesēšanas risinājums ir balstīts uz esošo PCIe karti ar gaisa dzesēšanu. Tas nodrošina PCIe kartes optiskā moduļa un galveno mikroshēmu dzesēšanu, izstrādājot dzesēšanas moduli, kas saskaras ar sistēmas aukstuma plāksni. Siltums no optiskā moduļa tiek pārnests pa siltuma caurulēm uz galveno radiatora moduli PCIe kartē, kas pēc tam izkliedē siltumu, saskaroties ar IO aukstuma plāksni, izmantojot atbilstošus termiskās saskarnes materiālus.

 

Šķidruma dzesēšanas PCIe karte galvenokārt sastāv no QSFP radiatora skavas, PCIe mikroshēmas radiatora moduļa un PCIe kartes. QSFP skavai jābūt pietiekami elastīgai, lai uzstādīšanas laikā nodrošinātu pareizu peldošo kontaktu, novēršot optiskā moduļa bojājumus, vienlaikus nodrošinot labu kontaktu optimālai dzesēšanas veiktspējai.

 

▲ PCIe šķidruma dzesēšana

 

2. OCP 3.0 Šķidruma dzesēšanas šķīdums

OCP 3.{1}} kartes šķidruma dzesēšanas risinājums ir līdzīgs PCIe kartei. Tas pielāgo šķidruma dzesēšanas radiatoru OCP 3.0 kartei, pārnesot siltumu no kartes galvenajām mikroshēmām uz šķidruma dzesēšanas radiatoru. Pēc tam siltums tiek noņemts, saskaroties starp radiatoru un sistēmas IO aukstuma plāksni.

 

Šķidruma dzesēšanas modulis OCP 3.{1}} galvenokārt sastāv no radiatora moduļa, OCP 3.0 kartes un tās kronšteina. Telpas ierobežojumu dēļ bloķēšanas mehānismā tiek izmantotas atsperu skrūves, lai nodrošinātu ilgtermiņa kontakta uzticamību starp radiatora moduli un IO aukstuma plāksni.

 

▲ OCP 3.0 Šķidruma dzesēšana

 

Ņemot vērā vajadzību pēc vienkāršas apkopes un vairākas reizes maināmas OCP 3.0 kartes ievietošanas/izņemšanas, bloķēšanas mehānisms un termiskās saskarnes materiāli ir optimizēti, lai uzlabotu vispārējo uzticamību un apkopes ērtības.

 

 3. IO aukstums plāksne šķīdums 

IO aukstuma plāksne ir daudzfunkcionāla aukstuma plāksne, kas atdzesē ne tikai siltumu radošos komponentus mātesplates IO zonā, bet arī ar šķidrumu dzesējamās PCIe un OCP 3.0 kartes.

 

▲ IO aukstā plāksne

 

IO aukstuma plāksne galvenokārt sastāv no alumīnija sakausējuma korpusa un vara caurulēm dzesēšanas šķidruma plūsmai un uzlabotai siltuma izkliedei. Dizains ir jāoptimizē atbilstoši mātesplates izkārtojumam un siltuma izkliedes prasībām. Ar šķidrumu dzesējamie PCIe un OCP 3.0 kartes moduļi saskaras ar IO aukstuma plāksni pa norādītajiem ceļiem. Dzesēšanas šķidruma materiāliem jābūt saderīgiem ar sistēmas cauruļvada dzesēšanas šķidrumu un mitrinātājiem.

 

▲ IO aukstā plāksne

 

Šis šķidruma dzesēšanas risinājums IO aukstumplāksnei atbilst vairāku komponentu daudzdimensiju montāžas vajadzībām, izmantojot vara un alumīnija materiālu kombināciju, lai atrisinātu saderības problēmas. Tas nodrošina efektīvu siltuma izkliedi, samazina aukstās plāksnes svaru par 60% un samazina izmaksas.

 

 

V barošanas avota aukstās plāksnes dizains

 

Barošanas avota šķidruma dzesēšanas risinājumā ir integrēts ārējais gaiss-šķidrums siltummainis ar esošo gaisa dzesēšanas barošanas avotu (PSU), atdzesējot gaisu, ko izspiež PSU ventilators, un samazinot priekšsildīšanas efektu ārējā datu centra vidē.

 

PSU aizmugurējam siltummainim ir daudzslāņu struktūra ar pārklājošiem plūsmas kanāliem un ribām. Siltummaiņa izmēri ir optimizēti telpas un funkcionālajām vajadzībām, neietekmējot PSU kabeļa savienojumus. Siltummainis ir neatkarīgi uzstādīts uz mezgla šasijas.

 

▲ Barošanas avota šķidruma dzesēšana

 

Šis novatoriskais barošanas avota šķidruma dzesēšanas risinājums novērš nepieciešamību izstrādāt jaunus ar šķidrumu dzesējamus barošanas blokus, saīsinot izstrādes laiku un samazinot izmaksas. Tā augstā pielāgošanās spēja ļauj to elastīgi pielietot dažādiem PSU dizainiem, ietaupot vairāk nekā 60% salīdzinājumā ar pielāgotiem ar šķidrumu dzesētiem barošanas blokiem.

 

Pilna plaukta lietojumiem katram barošanas blokam sadalīto aizmugurējo siltummaiņu vietā var izmantot centralizētu gaiss-šķidrums siltummaini. Šī centralizētā struktūra aizstāj atsevišķus PSU siltummaiņus, nodrošinot dzesēšanu, izmantojot sistēmu, kas integrējas ar statīva gaisa plūsmas ceļiem, nenodrošinot ietekmi uz serveru telpas vidi.

 

Viens centralizēts siltummainis var apstrādāt 8kW dzesēšanas jaudu, uzturot vismaz 150PSU. Centralizētā gaiss-šķidrums siltummaiņa galvenās sastāvdaļas ietver siltummaiņa serdi, ūdens ieplūdes un izplūdes atveres, vara dzesēšanas caurules, alumīnija korpusu un plūsmas vadotnes. Šī iestatīšana nodrošina efektīvu un mērogojamu PSU dzesēšanu augsta blīvuma datu centros.

 

 

Secinājums

 

▲ Pilnībā ar šķidrumu dzesēts serveris

 

Šķidruma dzesēšanas tehnoloģija, kā piemēru var minēt šīs optimizētās konstrukcijas, ir galvenais, lai pārvaldītu moderno datu centru pieaugošo siltuma atdevi, vienlaikus izpildot efektivitātes un ilgtspējības mērķus. Ar jauninājumiem CPU, atmiņas, SSD, PCIe/OCP karšu un barošanas bloku aukstuma plākšņu risinājumos šie ar šķidrumu dzesējamie serveri paver ceļu videi draudzīgāku, augstākas veiktspējas datu centru nākotnei.