البحث عن حالة تطوير تقنية التبريد السائل للخادم في الداخل والخارج

لطالما كان التبديد الفعال للحرارة للإلكترونيات الدقيقة والمعدات الكهربائية أحد التطبيقات الرئيسية لتكنولوجيا نقل الحرارة الحديثة

[1]. أصبح تكامل رقائق المعالجة الإلكترونية أعلى وأعلى ، لكن الحجم أصبح أصغر وأصغر. انتقلت عملية تصنيع وحدة المعالجة المركزية من 65 نانومترًا إلى 32 نانومترًا كعصر رئيسي ، ودخلت وحدة معالجة الرسومات (GPU) عصر 28 نانومتر ، مما تسبب في ارتفاع تدفق الحرارة. مشكلة كثافة تبديد الحرارة

[2]. ارتفع ناتج الحرارة لشريحة وحدة المعالجة المركزية من حوالي 105 وات / م 2 من 1 يي قبل بضع سنوات إلى حوالي 106 وات / م 2 من 1 يي الآن

[3]. إذا كان تبديد الحرارة ضعيفًا ، فإن درجة الحرارة المرتفعة المفرطة المتولدة لن تقلل فقط من استقرار عمل الشريحة وتزيد من معدل الخطأ ، ولكنها تسبب أيضًا إجهادًا حراريًا زائدًا بسبب الاختلاف المفرط في درجة الحرارة بين البيئة الداخلية والخارجية للوحدة ، مما يؤثر على الأداء الكهربائي للرقاقة. تردد العمل والقوة الميكانيكية والموثوقية. أظهرت الأبحاث والتطبيقات العملية أن معدل فشل المكونات الإلكترونية يزداد أضعافا مضاعفة مع زيادة درجة حرارة التشغيل

[4]. في كل مرة تزداد فيها درجة حرارة مكون واحد من أشباه الموصلات بمقدار 10 درجات مئوية ، ستنخفض موثوقية النظام بنسبة 50٪. أظهرت الأبحاث أن درجة الحرارة المرتفعة يمكن أن يكون لها تأثير ضار جدًا على أداء المكونات الإلكترونية ، على سبيل المثال ، يمكن أن تعرض درجة الحرارة المرتفعة للخطر تقاطع أشباه الموصلات ، وتضر بواجهة توصيل الدائرة ، وتزيد من مقاومة الموصل وتشكل ضررًا ميكانيكيًا بالضغط. أن أكثر من 55٪ سبب فشل المعدات الإلكترونية هو درجة الحرارة الزائدة

[5]. منذ ولادة الخادم ، كان تبديد حرارة نظامه مصحوبًا دائمًا بتطوره ولا يمكن التخلص منه. تعتمد معظم الخوادم الشائعة على الهواء البارد لتبريد الجهاز. مع تطور أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، يستمر تكامل الرقائق وسرعة الحوسبة في الزيادة ، كما يتزايد استهلاك الطاقة ، وأصبحت مشكلة تبديد الحرارة بارزة بشكل متزايد. طريقة تبديد الحرارة التقليدية المبردة بالهواء هي طريقة نقل الحرارة المباشرة ، والتي تعتمد على طريقة نقل الحرارة بالحمل الحراري للسائل أحادي الطور ويمكن استخدام طريقة تبريد الهواء القسري فقط للأجهزة الإلكترونية ذات كثافة تدفق الحرارة التي لا تزيد عن 10W / cm2 ، ويبدو أن كثافة تدفق الحرارة أكبر من 10W / cm2. عاجز.

في السنوات الأخيرة ، أصبح تطوير المعلوماتية المحلية أكثر نضجًا ، ووضعت متطلبات أعلى على البنية التحتية لنظام المعلومات - تكنولوجيا مركز البيانات. بالنسبة لمركز البيانات ، مع زيادة كمية البيانات التي تحتاج إلى معالجتها ، يزداد حجم مركز البيانات أيضًا.

مع النمو الهائل لطلب أعمال معالجة البيانات والتطور السريع لتكنولوجيا الكمبيوتر والشبكات ، أنشأت الشركات الكبيرة مثل البنوك والتأمين والأوراق المالية والصناعات المالية الأخرى والنقل والطب والصحة والمؤسسات الكبيرة الأخرى والوكالات الحكومية العديد من البيانات على التوالي المراكز. بدافع من متطلبات خدمات البيانات وتكنولوجيا المعلومات ، دخل إنشاء مركز البيانات في بلدي الآن فترة من التطور السريع ، وظهرت مراكز الحوسبة السحابية ومراكز البيانات في كل مكان.

نظرًا لأن طريقة التبريد الرئيسية الحالية هي تبريد الهواء ، فإن مركز البيانات الضخم يعني كمية هائلة من فواتير الكهرباء. مع إنشاء مراكز البيانات ، اجتذب استهلاك الطاقة الهائل لمراكز البيانات أيضًا انتباه مختلف الصناعات في المجتمع. على سبيل المثال ، في عام 2013 ، كان عدد مراكز البيانات في الصين حوالي 45000 ، وكان استهلاك الطاقة السنوي حوالي 20 مليار كيلووات ساعة ؛ من المتوقع أنه بحلول عام 2020 ، سيتجاوز عدد مراكز البيانات في الصين 80 ألفًا ، وسيتجاوز استهلاك الطاقة السنوي 40 مليارًا. كيلوواط / ساعة (مصدر البيانات: أبحاث تكنولوجيا المعلومات والاتصالات).

هناك عدد لا يحصى من مراكز البيانات واسعة النطاق بتكاليف تشغيل كهرباء تصل إلى ملايين أو حتى عشرات الملايين من الدولارات في الصين ، وأصبحت مراكز البيانات مستهلكة للطاقة&مثل ؛ حفر لا نهاية لها.&مثل ؛ نسبة كفاءة الطاقة لمراكز البيانات الحالية ليست عالية.

وذلك لأن تكنولوجيا الحوسبة ذات الصلة وتكنولوجيا الإمداد بالطاقة وتكنولوجيا التبريد قد تطورت جميعها من التاريخ. يسعى تصميم مركز البيانات التقليدي إلى تحقيق الأداء ، بينما يجب أن يسعى جيل جديد من مراكز البيانات إلى تحقيق كفاءة الطاقة (PUE) ، أي استخدام الطاقة في مركز البيانات ، في ظل ظروف اليوم&# 39 ؛ نقص الطاقة والزيادة السريعة في تكاليف الطاقة . في ضوء المناخ العالمي المتزايد الاحترار ، والطاقة المحدودة المتزايدة ، وارتفاع تكاليف الطاقة ، يواجه قسم استهلاك الطاقة المرتفع في مركز البيانات تحديات خطيرة في تقليل استهلاك الطاقة ، وتحسين استخدام الموارد ، وتوفير التكاليف. أصبح اهتمام المزيد والمزيد من مديري مراكز البيانات وبائعي تكنولوجيا المعلومات اتجاهًا لا مفر منه في تطوير مراكز البيانات في المستقبل. تولي السلطات الوطنية ذات الصلة مزيدًا من الاهتمام لقضية إدارة استهلاك الطاقة في مراكز البيانات. في بداية عام 2013 ،" ؛ وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات ، ولجنة التنمية والإصلاح ، ووزارة الأراضي والموارد ، وهيئة تنظيم الكهرباء ، وإدارة الطاقة: آراء إرشادية حول إنشاء وتصميم مراكز البيانات [GG ] مثل ؛ (وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات يونيكوم ، 2013 ، صفحة 13) وضعت متطلبات محددة للغاية ، من الضروري تعزيز التخطيط الشامل لموقع مركز البيانات والنظر في الموارد والعوامل البيئية ، وتعزيز الاستخدام المكثف للموارد ، وتحسين المستوى لتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات ؛ تقديم المعايير ذات الصلة لتلبية متطلبات الجيل الجديد من مراكز البيانات الخضراء ، وتحسين تخطيط تدفقات الهواء الباردة والساخنة في غرفة الكمبيوتر ، واعتماد إمداد هواء دقيق ، وتدابير مثل التبريد السريع لمصادر الحرارة لتقليل تكاليف التشغيل من حيث بناء غرفة الكمبيوتر ، واختيار المعدات الرئيسية ، وما إلى ذلك ، لضمان أن قيمة PUE لمراكز البيانات واسعة النطاق المبنية حديثًا ، أي معدل استخدام الطاقة لمركز البيانات ، تصل إلى أقل من 1.5 ، وتسعى جاهدة لتقليل قيمة PUE لـ مركز البيانات بعد التحول إلى أدناه 2.

في الوقت الحالي ، تزداد الكثافة الحرارية لخوادم الأرفف الجديدة والخوادم النصلية المستخدمة على نطاق واسع في مراكز البيانات عامًا بعد عام. لم تتمكن أنظمة تكييف الهواء التقليدية التي تستخدم تقنية تبريد الهواء من تلبية متطلبات التبريد لغرف الكمبيوتر عالية الكثافة. يجب أن يجد مصممو البنية التحتية لمركز البيانات طريقة أخرى للعثور على وضع تبريد فعال ومعقول.

هناك العديد من الوسائل التقنية لتقليل استهلاك الطاقة لمراكز البيانات ، لكن المشكلة الأساسية ليست في حل مشكلة طرق إنشاء مراكز البيانات ، ولكن في إحداث ثورة في طرق التبريد لأجهزة الكمبيوتر وغيرها من المعدات. انطلاقا من أحدث تقدم في البحث في الداخل والخارج ، فإن تطوير جيل جديد من أجهزة الكمبيوتر المبردة بالسائل (أو الخوادم المبردة بالسائل) واستخدام المبردات السائلة لاستبدال الهواء لتبريد عناصر تسخين الكمبيوتر هي ثورة تكنولوجية في الكمبيوتر في المستقبل معدات.