服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的智能冷卻

數(shù)字化趨勢和利用人工智能的新技術(shù)的采用導(dǎo)致全球數(shù)據(jù)處理的能源需求顯著增加。這種消耗的很大一部分歸因于服務(wù)器和服務(wù)器冷卻。RK Kutting和IQ Evolution已經(jīng)在一種有效的冷卻解決方案上合作了一段時間，該解決方案可以降低能耗，同時提高所用系統(tǒng)的性能。聯(lián)合項目3D智能流體冷卻展示了一種有前途的方法，可以顯著降低這種能源需求。因此，它使高性能 CPU 能夠在 1 U 服務(wù)器中安全運行，使功率密度翻倍，同時降低冷卻要求。

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器冷卻

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器冷卻正逐漸從空氣冷卻過渡到更高效的流體冷卻解決方案。這種轉(zhuǎn)變背后的原因是眾所周知和合乎邏輯的：能源成本上升，減少碳足跡，增加功率密度，更高的冷卻要求，有針對性的冷卻選項，以及顯著改善的傳熱(與相同體積的空氣相比，水的熱容量是其4,000倍)，從而大大提高了能源效率，并改善了利用廢熱的可能性，
從而顯著降低數(shù)據(jù)中心的電源使用效率
(PUE)。此外，更高效的冷卻允許更強大的服務(wù)器組件，包括更高的處理器時鐘速度，從而顯著提高服務(wù)器和整個數(shù)據(jù)中心的功率密度。數(shù)據(jù)中心約占全球能源消耗的
1-1.5%1，并且一氧化碳2排放，因此必須采用更高效的冷卻方法。

3D 智能流體冷卻

3D 智能流體冷卻技術(shù)將 IQ Evolution 的金屬 3D 打印功能與 RK Kutting 成熟且進一步開發(fā)的產(chǎn)品組合相結(jié)合。3D打印可產(chǎn)生非常薄的散熱器（總厚度為0.8毫米），從而實現(xiàn)高度定制的設(shè)計。采用的接駁技術(shù)和柔性軟管可根據(jù)可用空間量身定制特定應(yīng)用的解決方案。整體概念可以從小規(guī)模生產(chǎn)擴展到大規(guī)模制造。

安全媒體傳輸

許多令人興奮的解決方案已經(jīng)可用于使用流體冷卻單個服務(wù)器機架。經(jīng)常討論的選項包括含氟氣體冷卻、純水冷卻系統(tǒng)（例如，電子冷卻器）、直接芯片冷卻和使用水溫約 60°C 的熱流體計算、熱管解決方案和浸入式冷卻系統(tǒng)。RK Kutting長期以來一直從事安全關(guān)鍵電子元件的流體冷卻，特別是在高壓應(yīng)用、醫(yī)療技術(shù)和微芯片制造設(shè)備中。RK Kutting專注于個性化定制解決方案。IQ Evolution正在當(dāng)前的項目中實施各種冷卻技術(shù)，并且正在開發(fā)易于維護的安全無損介質(zhì)傳輸?shù)目赡苄浴?/p>

整個介質(zhì)路由應(yīng)滿足不同的要求，包括水、冷卻液混合物和溫度范圍。由于空間限制，標準分配系統(tǒng)不可行。需要具有服務(wù)器機柜特定幾何形狀的定制解決方案。連接技術(shù)應(yīng)完全安全且免維護。集成監(jiān)控系統(tǒng)適用于連續(xù)流量控制和管理。

實驗設(shè)置

在斯圖加特的格里辛格教授的領(lǐng)導(dǎo)下，獨立研究所ZFW-Zentrum für W?rmemanagement受委托對這種冷卻技術(shù)的冷卻性能進行實驗研究。兩臺服務(wù)器，一臺配備 2 U，另一臺配備 1 U，配備了高性能 CPU（AMD 銳龍 Threadripper PRO 處理器），并轉(zhuǎn)換為 3D 智能流體芯片冷卻。這些經(jīng)過修改的惠普高性能服務(wù)器作為型號安裝在專門適用于此冷卻技術(shù)的服務(wù)器機架中，并在高性能計算 （HPC） 操作下進行了測試。

該評估旨在展示創(chuàng)新流體冷卻技術(shù)有針對性的應(yīng)用的潛力，以顯著提高服務(wù)器性能和計算能力，確保高操作安全性和維護靈活性，降低能源成本和水消耗，并大幅減少一氧化碳。2腳印。

結(jié)果令人印象深刻。HPC芯片可以使用不同的電源溫度保持恒定溫度?？諝饫鋮s需要大量能量并占用大量空間，因此在 2 U 機架中只能使用空氣冷卻的 HPC 操作。通過液體冷卻，HPC 芯片現(xiàn)在可以首次在 1 U 機架中運行，從而減少 50% 的占地面積。

實現(xiàn)這一目標的成功主要歸功于IQ Evolution的專利極薄3D散熱器，其高度僅為幾毫米。這一突破首次在 HP 1 U 服務(wù)器中實現(xiàn)了熱流體冷卻水技術(shù)。通過選擇性激光燒結(jié)，可以制造出高度低廉的單個3D散熱器和靈活的可定位連接器，并根據(jù)可用空間進行定制。使用適合機架空間的預(yù)制軟管，即使在狹小的空間內(nèi)也能實現(xiàn)安全的介質(zhì)布線。

這為數(shù)據(jù)中心開辟了充滿希望的新前景，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在比以往任何時候都更加依賴能源成本節(jié)約、功率密度要求和環(huán)境問題。

結(jié)果和結(jié)論

通過上述設(shè)置，即使在連續(xù)滿負載且 280 W CPU 功率損耗的情況下，即使在高達 60°C 的介質(zhì)溫度下，也可以使用流體冷卻穩(wěn)定、安全地運行配備高性能 CPU 的高性能 HP 1 U 服務(wù)器。

• 表 1. 初步結(jié)果?？諝饫鋮s包括通過熱管從CPU傳熱，隨后用風(fēng)扇冷卻。*

這一成就具有以下幾個優(yōu)點：

• 通過減少 50% 的占用空間，將功率密度提高一倍：HP 1 U 服務(wù)器取代了 HP 2 U 服務(wù)器。
• 通過提高時鐘速率將功率密度提高 100% 以上：由于具有 20 K 的溫度儲備，可實現(xiàn)而不會增加故障風(fēng)險。
• 大幅降低功耗：在這種情況下，與功率風(fēng)扇相比，流體供應(yīng)泵的功耗降低了 10 倍。
• 提高設(shè)計自由度：優(yōu)化的電路板、服務(wù)器和機架設(shè)計可以實現(xiàn)更低的高度，以及特定于應(yīng)用的冷卻器設(shè)計（專注于 CPU 熱點）。
• 零冷卻水消耗：智能流體水冷卻在閉環(huán)中運行，不消耗淡水。
• 可用于區(qū)域供熱：可以使用60°C以上的熱流體/溫水進行冷卻，同時保持當(dāng)前的最大芯片溫度。
• 顯著減少一氧化碳2占地面積：與風(fēng)扇相比，直接節(jié)能。不考慮次要影響，例如相同服務(wù)器性能的空間需求顯著減少。