Fra poco, non potrete raffreddare i CPU classi server, GPUs ed altri acceleratori, quale FPGA, facendo uso del flusso d'aria da solo. Quello è secondo gli ingegneri da Microsoft, una società che l'anno scorso ha detto appena che refrigerante di liquidi era in nessun posto vicino a pratico per i centri dati.
«Che cosa stiamo provando a fare qui è preparano la nostra industria per l'arrivo dei chip raffreddati a liquido,» Husam Alissa, un ingegnere senior con il gruppo di sviluppo avanzato di Data Center di Microsoft, ha detto in una presentazione durante il summit globale di OCP a maggio, ha tenuto virtualmente. «Richiederanno refrigerante di liquidi. Così, il nostro sforzo qui è di allineare con OCP e fa l'adattamento a più senza cuciture refrigerante di liquidi.»
OCP, o il progetto aperto di calcolo, è lo sforzo Facebook, Goldman Sachs ed alcuni altri hanno lanciato nel 2011 per lottare il controllo del modo il loro hardware del centro dati e l'infrastruttura è progettata – e valutato – a partire dalle società che allora erano il mercato «beneficiari» (i simili di Dell, di HP, o di Cisco) ed avevano abituato la chiamata dei colpi.
Microsoft era appena uno di una pletora di partecipanti di sommità di OCP — i contributori al OCP hanno avanzato il sottoprogetto di raffreddamento delle soluzioni (ACS) — chi è riuscito ad evolvere i loro progetti raffreddati a liquido da qualcosa che somiglia al progetto Mercury indietro prima che sia sicuro lanciare gli astronauti più simile ad Apollo dopo tre o quattro riusciti atterraggi. Dal 2016, Microsoft sta lavorando al progetto Olympus, uno sforzo per raffinare il telaio ed i fattori forma dei server costruiti per una nuvola del hyperscale come azzurro.
Ora, i capi di OCP come Microsoft e Facebook ed altri membri del sottogruppo di ACS, stanno mettendo a fuoco sui nuovi modi mantenere la stabilità termica delle unità di elaborazione, degli acceleratori e delle componenti di stoccaggio.
Il futuro, sul rubinetto
«Refrigerante di liquidi ibrido» adatta i sistemi in genere raffreddati ad aria con gli annessi che consegnano i liquidi (H2O compreso ma recentemente anche nuove classi di liquidi fabbricati, originalmente concepiti per ritardo del fuoco) direttamente tramite i tubi flessibili e sulle recinzioni sigillate intorno ai chip di silicio. Se che Alissa descritto presto viene a passare, una nuova classe di conduttura calda e fredda flessibile, facendo uso «dei collegamenti del compagno cieco» (un-rottura genderless), sarà incanalata accanto ad Ethernet ed a cavi elettrici.
Dal lato ricevuto del circuito sia un liquido dielettrico – non l'acqua ed olio minerale. Sarà convogliato alle componenti critiche circostanti di una recinzione — forse una scatola di medie dimensioni per la scheda madre, forse appena una piccola cassa di gioiello per i diversi chip. Là, il liquido verrà a ebollizione. Poi il lato uscente del circuito convoglierà il vapore fuori ad una recinzione che cattura il calore, ri-condensa il vapore nuovamente dentro liquido ed inizia l'intero processo ancora.
Gli scaffali del server già fanno circolare l'aria. Non è pratica, risulta, immaginare convertirli in apparecchi che fanno circolare l'acqua invece. A meno che andiate l'itinerario di interamente immersione, il flusso d'aria ed il flusso di liquido devono coesistere. Gli ingegneri che contribuiscono a OCP stanno cercando le efficienze, modi in cui entrambi i flussi si avvantaggiano piuttosto di uno un altro: «refrigerante di liquidi pneumatico» (AALC).
Sono su contro un orologio che possono sentire il ticchettio ma che non possono vedere. Il Alissa di Microsoft d'avvertimento ha fatto non sembra più contestabile: Presto, ci saranno chip che non possono essere raffreddati ad aria. Non c' era stato una pandemia, la loro ora d'arrivo sarebbe stato più facile da stimare.
Come Phillip Tuma, uno specialista di sviluppo di applicazioni con divisione delle soluzioni dei materiali dell'elettronica di 3M, ha detto i membri di OCP, l'abbondanza emergente di metodi refrigeranti di liquidi può essere ordinato facendo uso di quattro caratteristiche (per un totale teorico di 31 varietà):
- Modo del trasferimento di calore. Un sistema monofase conta sui fattori naturali, quale il fatto che aumenti di calore, rimuovere calore da un'area, mentre un sistema bifase integra tipicamente un meccanismo che divide il liquido sfoci nell'assunzione e l'uscita.
- Modo di convezione. In un sistema bifase, questo determina se lo slancio per flusso di fluido è un meccanismo attivo, quale una pompa, o passivo, quale un piatto freddo.
- Metodo di contenimento. In un sistema di interamente immersione (trovi il nostro ultimo tuffo profondo – ha! – sull'immersione qui), su tutti i server o telaio del server in un mazzo sono acclusi in un ad un solo serbatoio. Alternativamente, un singolo server può essere accluso in una copertura superiore sigillata. O, in uno schema di AALC, una valva sigillata può imballare un singolo chip, fornito di dissipatore di calore passivo o ricoperto di genere di ceramico (pasta non d'argento) che promuove bollire, tanto come una superficie della via un giorno di estate caldo.
- Chimica fluida. Un liquido dell'idrocarburo è come un olio minerale ma altamente è raffinato e purificato. Al contrario, un liquido del fluorocarburo è fabbricato, come un ignifugo e non si comporta come un olio. Entrambe le classi hanno punti più a basso punto di ebollizione che l'acqua ed entrambe richiedono il filtraggio costante di rimuovere le impurità, come l'acqua in un acquario.
Il metano è un idrocarburo e poichè ognuno con un barbecue all'aperto sa, è facilmente infiammabile. Alla temperatura ambiente, è un gas, che lo elimina da uso nell'immersione. Che cosa prepara gli idrocarburi usati per produrre gli oli di raffreddamento più sicuri del metano o dell'esano (soltanto «combustibile "), hanno detto Tuma, stanno avendo numeri del carbonio di 10 o maggior. «Andando su là da voi finalmente imbattersi negli oli che sono semplicemente troppo viscosi per essere pompabili ed utili per l'immersione,» ha rilevato.
Studi finalizzati
Affinchè i sistemi ibridi di AACS siano certificati negli ambienti del centro dati, dovranno essere classificati. A tal fine, l'ingegnere Jessica Gullbrand di Intel ha offerto uno schema ragionevolmente semplice. Comincia con «una configurazione di raffreddamento» della componente di base ibrida: soprattutto l'introduzione dei piatti freddi acqua infusi ad una struttura raffreddata ad aria, contattante soltanto le componenti ad alta potenza, quali GPUs o i CPU. Un modello «intermedio» ibrido aggiunge il contatto freddo del piatto a DIMMs. Qui è dove il flusso d'aria comincia essere ridotto significativamente, Gullbrand ha avvertito e dove il metodo refrigerante di liquidi deve compensare per essere efficace.
I piatti freddi che contattano l'altra attrezzatura, quali le matrici di stoccaggio, qualificherebbero il sistema come «avanzato ibrido.» Una volta che il flusso d'aria completamente è limitato o più non svolge un ruolo nel raffreddamento, il sistema non può essere classificato come «ibrido.» Gli scaffali possono essere classificati esclusivamente, secondo il contributo di Intel alle proposte, secondo se includono gli scambiatori di calore nell'anteriore o posteriore.
Quanto di questo schema di classificazione è per gli ingegneri del centro dati ed i professionisti di certificazione e quanto sia per i professionisti della gestione dei rischi? Hanno potuto i regolatori di assicurazione, per esempio, ricalcolare il rischio usando varie nuove variabili, quale la probabilità di perdita?
Abbiamo posto la domanda al Gullbrand di Intel. «Non abbiamo specificato in [requisiti] la documentiamo specificamente che cosa deve essere registrato riguardo a gestione dei rischi,» abbiamo risposto. «Abbiamo citato alcune cose che devono essere considerate. Che cosa fate, per esempio, se avete un incidente o una perdita? Se là è una caduta, come trattaste quello? per avere quei processi, naturalmente, prima che qualcosa stia accadendo.»
Così, là può finire essere una sezione di gestione dei rischi nei documenti definitivi dei requisiti del OCP per le componenti come i piatti freddi «per assicurarsi la gente sta pensando le soluzioni da parte a parte,» Gullbrand ha detto.
Di base ed intermedio ibridi
La configurazione di raffreddamento ibrida più semplice, come preveduta ingegneri dal centro dati di Facebook e di Microsoft, comincia con il collegamento di uno scambiatore di calore (HX) nella parie posteriore dello scaffale. È una componente di Bolton che comprende una serie di cinque fan di 280mm che generano fino a 4.800 piedi cubici al minuto (CFM) del flusso d'aria. Inoltre includerebbe i monitor di pressione d'aria e della temperatura ed i sensori a bordo.
Poichè Alissa ha spiegato, un bacino idrico e un dispositivo di pompaggio (RPU) sostituisce alcune componenti in uno scaffale, spesso quelle del flusso d'aria installato sul fondo. Ha separato dal HX, rendente l'intero sistema più modulare e più facile mantenere e riparare. Alternativamente, se lo spazio è disponibile, il HX può essere installato nello scaffale stesso.
«Di conseguenza, la parte dell'liquido--aria di questa soluzione diventa flessibile e può essere ottimizzata per la prestazione o il caso di utilizzazione finale,» Alissa ha detto. «E il RPU, essendo il hub della soluzione, può essere standardizzato ed ottimizzato ed anche essere destinato affinchè l'interoperabilità permetta ai fornitori multipli della soluzione di sostenere questo prodotto.»
Gli ingegneri ai dei sistemi basati a Calgary di CoolIT sono in gran parte responsabili della progettazione del RPU, che, secondo il direttore la camma Turner delle soluzioni del hyperscale della società, è stato derivato da uno studio finalizzato che comprende la sua unità di raffreddamento di distribuzione aliquido--liquido basato a scaffale CHX80 (CDU). Là, uno scaffale è stato raffreddato facendo uso di vario contatto diretto freddo di fabbricazione di piatti con le componenti sottotensione ed è stato infuso con liquido attraverso l'aggiunta di un ciclo liquido chiuso.
Per lo studio finalizzato di nuovo caso (rappresentato sopra), il calore assorbente dai piatti freddi è stato esaurito dal HX dopo il passaggio attraverso la corrente di aria che è consegnata alle altre componenti nel sistema al modo normale. Il CHX80 in primo luogo è stato ottimizzato per il fattore forma a 19 pollici dello scaffale aperto di OCP più stretto, con un collegamento facoltativo del piatto di adattatore per le più grandi dimensioni.
«Sostenere l'interoperabilità fra i venditori, la normalizzazione per le interfacce elettriche e liquide è richiesto,» ha spiegato Turner, ad esempio qualcosa che in tre anni possono andare da sé molto bene. «Questo comprende non solo il tipo di connettore ma anche delle posizioni, assicurarsi appena là non non sta schiantandosi con alcune altre componenti nel sistema e quando scambiate fuori le componenti, non funzionate bruscamente sulla lunghezza del tubo o del cavo.»
È ancora uno scaffale raffreddato ad aria, in modo da concepire come adattare uno scaffale attuale non è un tal allungamento. Ed il liquido in questione può essere l'acqua regolare, sebbene non debba venire direttamente dal rifornimento idrico della funzione. Eppure, Fernandes ha detto i membri, liquido fa tutta la differenza.
«L'esteso esame di questa di messa a punto livella dello scaffale che comprende le slitte di GPU ha provato [che] per un tasso dato del flusso d'aria, questa soluzione refrigerante di liquidi a circuito chiuso consegna molta promessa sotto forma di 50 per cento di sostegno più d'altezza del consumo di energia, rispetto alla soluzione raffreddata ad aria originale,» l'ingegnere termico John Fernandes di Facebook ha detto. «Tuttavia, avanzi il miglioramento nelle componenti di raffreddamento potrebbe spingere queste proiezioni ancora ulteriori.»
Avanzato ibrido
La dimostrazione che può soffiare le porte fuori dall'intera conferenza di OCP (con qualsiasi scambiatori di calore incorporati) è stata consegnata mediante un video da una società chiamata ZutaCore.
La progettazione, elaborata in società con il creatore Rittal dello scaffale, comprende fornire la posteriore-porta HX di un sistema liquido bifase di infusione che pompa il liquido dielettrico attraverso un tubo dell'entrata di 4mm in una camera direttamente sopra il chip, di cui il dissipatore di calore è stato rimosso. Là, il liquido bolle visibilmente e le bolle del vapore trasportano il calore attraverso un tubo dello sbocco di 6mm ad un collettore di refrigerante-distribuzione. Da là, il vapore è passato da parte a parte ad un'unità di rifiuto del calore (HRU).
«Il HRU contiene i fan che fornisce l'aria della freddo-navata laterale attraverso un condensatore, forzante il vapore per smettere il suo calore e per condensare nuovamente dentro un liquido,» ha spiegato il direttore di ZutaCore di gestione del prodotto Timothy Shedd. «Una pompa poi disegna che il liquido fuori e la spinge di nuovo agli evaporatori, in cui il ciclo ricomincia.»
Al centro di ZutaCore la progettazione è una parte (rappresentata sopra) che sostituisce il dissipatore di calore di un chip. Ha chiamato «un evaporatore migliorato di nucleazione,» o ENE. Il liquido fresco è pompato in una camera, in cui il calore dal chip lo porta a ebollizione. Quel vapore è tirato attraverso gli evaporatori in un condensatore a aria. Poiché la camera è così piccola ed il flusso è così costante, i reclami di Rittal, un flusso liquido di appena 140mm al minuto è capaci di raffreddamento del 400W.
È misure come questo che sono ingegneri coercitivi e scienziati da sostenere a favore dell'abbandono del metrico con cui l'industria attualmente valuta il potere del centro dati e del server, nel contesto di che cosa è richiesto per raffreddarli.
«Questo ambiente è completamente differente da un ambiente raffreddato ad aria,» ha indicato lo scià di Jimil, un ingegnere di sviluppo delle applicazioni con 3M, di cui la miriade dei prodotti include i liquidi di raffreddamento. «Con raffreddato ad aria, parlerete della densità dello scaffale per metro quadro. Ma qui, stiamo parlando del chilowatt-per-litro.»
Se quella proiezione succede mentre refrigerante di liquidi diventa inevitabile (almeno da Microsoft ed il conto di Facebook), quindi qui è la nostri nuovi linea di base, cortesia Rittal e ZutaCore: 0,35 kW/liter. Quello è se nucleazione — una nuova parola per il centro dati vernacolare — ha potuto raffreddare tutto.