Компании Iceotope и Meta✴ продемонстрировали возможность иммерсионного (погружного) охлаждения систем хранения данных (СХД) на основе HDD. В ходе эксперимента было показано, что такой подход обеспечивает ряд преимуществ перед традиционным воздушным охлаждением.

В тесте использовалась стандартная коммерческая СХД высокой плотности формата 4OU, содержащая 72 жёстких диска, два односокетных серверных узла, две платы расширения SAS, сетевую карту, модуль распределения питания и другие компоненты. При этом система охлаждения была модифицирована путём добавления специального диэлектрического контура, теплообменника и насоса. Накопители были погружены в непроводящую жидкость.

Источник изображения: Meta/Iceotope/ASME

Говорится, что применение иммерсионного охлаждения для HDD возможно благодаря тому, что современные диски с заполнением гелием имеют герметичную конструкцию. Результаты эксперимента показали, что в случае погружного охлаждения разница температур между всеми 72 накопителями составила всего 3 °C — независимо от расположения HDD в шасси. Накопители способны надёжно функционировать при температуре жидкости на входе в стойку до +40 °C.

Нажмите для увеличения / Источник изображения: Iceotope

Другим преимуществом иммерсионного подхода является то, что он позволяет сократить уровень вибрации, которая может приводить к некорректной работе накопителей или даже провоцировать их выход из строя. В целом, для работы системы погружного охлаждения требуется менее 5 % мощности, потребляемой самой СХД.

Компания OVHcloud, европейский поставщик облачных услуг, сообщила о разработке системы гибридного иммерсионного (погружного) охлаждения серверов в центрах обработки данных (ЦОД). Технология призвана повысить эффективность расхода электроэнергии и высвободить площади, занимаемые традиционным оборудованием.

Суть метода сводится к использованию двух типов СЖО. На центральных процессорах и ускорителях монтируются стандартные водоблоки, которые образуют отдельный контур. При этом всё шасси целиком вместе с теплообменником помещают в резервуар со специальной нелетучей диэлектрической углеводородной жидкостью. Для каждого сервера применяется собственный резервуар, что, по словам создателей, обеспечивает хорошую масштабируемость, гибкость развёртывания и удобство мониторинга.

Изображения: OVHcloud

Для системы предусмотрено применение трёхуровневой стойки библиотечного типа с возможностью монтажа 48 серверов формата 1U или 24 серверов стандарта 2U. Сами стойки имеют пассивный дизайн, то есть не содержат ни помп, ни вентиляторов, а значит, не затрачивают энергию на охлаждение. Потребление электроэнергии и капитальные затраты дополнительно снижаются за счёт исключения системы испарительного охлаждения в ЦОД, расположенных в регионах с температурой окружающего воздуха ниже +43 °С.

Утверждается, что новое решение позволяет сократить энергетические затраты дата-центра на охлаждение на 20,7 % по сравнению с обычным жидкостным охлаждением. Энергопотребление серверов снижается на 20 % в год по сравнению с воздушными системами охлаждения. Частичный коэффициент PUE (pPUE) заявлен на отметке 1,004, а коэффициент WUE — 0 для климатических зон с температурой окружающего воздуха ниже +43 °С. Отметим, что похожую систему охлаждения ранее представила Iceotope.

Как сообщает DataCenter Dynamics, американская продовольственная компания Cargill разработала жидкость NatureCool 2000 для погружных СЖО, которая является более экологичной альтернативой для составов, полученных в результате перегонки углеводородов, поскольку на 90 % состоит из растительных масел. Разработчики подчёркивают, что, поскольку она получена из растений с естественным образом «связанным» углеродом, её можно назвать углеродно-нейтральной. Кроме того, новинка является биоразлагаемой.

Источник изображения: Robert Anderson/unsplash.com

При этом показатели NatureCool 2000 не только не уступают самым передовым синтетическим альтернативам, но и превосходят их по теплоотдаче на 10 %. Кроме того, жидкость соответствует всем необходимым стандартам безопасности. В частности, говорится о том, что температура вспышки составляет 325°C, а сама жидкость гаснет после устранения источника высокой температуры, тогда как традиционные синтетические жидкости в этом случае могут продолжать гореть.

Источник: Cargill

Известно, что Cargill уже присоединилась к инициативе Open Compute Project, причём члены команды продовольственной компании принимают активное участие в развитии спецификаций погружных СЖО. Cargill постепенно осваивает нишу продуктов для ЦОД, хотя пока подобный профиль деятельности не является основным для компании.

Группа Climate Neutral Data Centre Pact (CNDCP), объединяющая 90 % европейских операторов ЦОД, предложила добровольно снизить потребление воды до 400 мл на 1 кВт·ч к 2040 году и добиться углеродной нейтральности намного раньше 2050 года. Соответствующая цель уже поставлена ЕС, но операторы намерены добиваться её без законодательного принуждения и с опережением графика, — сообщает Data Center Dynamics.

Хотя использование воды способно оказать значительное влияние на экологию, этот фактор часто недооценивают, учитывая только расход энергии. При этом многие ЦОД активно используют воду для охлаждения оборудования, благодаря чему снижается расход всё той же энергии, но растут затраты самой жидкости, что имеет критическое значение для некоторых регионов.

Источник изображения: Christian Lue/unsplash.com

Группу CNDCP сформировали в 2021 году с намерением достичь углеродной нейтральности европейских ЦОД к 2030 году, а также обеспечить достойный ответ прочим экологическим вызовам, в том числе снизить расход воды. Для оценки эффективности использования воды используется коэффициент WUE, который отражает расход воды на каждый затраченный киловатт·час электричества. Например, исследование 2016 года показало, что на тот момент WUE для ЦОД в США составлял в среднем 1,8 л/кВт·ч.

Цели поставлены с учётом жизненного цикла уже действующих систем охлаждения, поскольку их немедленная массовая замена может принести больше вреда, чем пользы из-за ущерба экологии в процессе производства самих систем. Поэтому в CNDCP заявили, что все 74 оператора ЦОД, участвовавшие в заключении пакта, добьются потребления не более 400 мл/кВт·ч только к 2040 году. Такой показатель вывели с учётом разницы технологий, климатических и иных условий, характерных для тех или иных ЦОД.

Источник изображения: Google

Отдельные участники рынка уже заявили о намерении добиться положительного водного баланса для своих дата-центров — ЦОД будут отдавать больше чистой воды, чем потреблять. Так, Meta✴ и Microsoft планируют добиться этой цели к 2030 году. Последняя также начала устанавливать станции для очистки сточных вод ЦОД. А вот Google отметилась тем, что пыталась всеми возможными способами скрыть расход воды своими дата-центрами даже от властей.

Помимо ограничения расхода воды, подписанты CNDCP предложили ввести и другие цели для дата-центров. Например, уже сформированы две рабочие группы для подготовки к переходу на «циркулярную экономику» со вторичным использованием материалов и переработкой различных ресурсов. В частном порядке аналогичную инициативу уже несколько лет развивает Microsoft в рамках проекта Circular Center.

LiquidStack, дочернее предприятие BitFury, специализирующееся на разработке иммерсионных СЖО, и Microsoft продемонстрировали на OCP Global Summit стандартизированное решение с двухфазным погружным жидкостным охлаждением. Демо-серверы Wiwynn, разработанные в соответствии со спецификациями OCP Open Accelerator Infrastructure (OAI), были погружены в бак LiquidStack DataTank 4U, способный отводить порядка 3 кВт/1U (эквивалент 126 кВт на стойку).

LiquidStack сообщила, что она впервые оптимизировала серверы OCP OAI для охлаждения путем погружения в жидкость. По словам компании, её двухфазные иммерсионные СЖО DataTank предоставляют наиболее эффективное решение, которое требует немного пространства и потребляет меньше энергии, чем другие системы охлаждения, и вместе с тем повышает плотность размещения компонентов и их производительность.

Фото: LiquidStack

В демо-серверах использовались ИИ-ускорители Intel Habana Gaudi, погружённые в жидкий диэлектрик (от 3M) с низкой температурой кипения, который наиболее эффективно отводит тепло благодаря фазовому переходу. Данное решение должно помочь достижению показателя PUE в пределах от 1,02 до 1,03, поскольку оно практически не потребляет энергию. LiquidStack утверждает, что у её СЖО эффективность теплоотвода примерно в 16 раз выше, чем у типичных систем воздушного охлаждения.

Фото: LiquidStack

По мнению компании, системы высокопроизводительных вычислений (HPC) уже сейчас слишком энергоёмки, чтобы их можно было охлаждать воздухом. Поэтому следует использовать платы, специально предназначенные для жидкостного охлаждения, а не пытаться адаптировать те, что были созданы с расчётом на воздушные системы — при использовании СЖО вычислительная инфраструктура может занимать на 60% меньше места.

Изображение: Microsoft

LiquidStack и Wiwynn являются партнёрами. В апреле Wiwynn инвестировала в LiquidStack $10 млн. Также Wiwynn протестировала серверы с погружным жидкостным охлаждением в центре обработки данных Microsoft Azure в Куинси (штат Вашингтон). Microsoft, как и другие гиперскейлеры, уже некоторое время изучает возможности иммерсионных СЖО.

К моменту ввода в эксплуатацию в 2023 году суперкомпьютер El Capitan на базе AMD EPYC Zen4 и Radeon Instinct, как ожидается, будет иметь самую высокую в мире производительность — более 2 Эфлопс. А это означает, что ему потребуются гигантские мощности для питания и охлаждения. Ливерморская национальная лаборатория (LLNL), в которой и будет работать El Capitan, поделилась подробностями о масштабном проекте, призванном обеспечить HPC-центр необходимой инфраструктурой.

В основе плана модернизации лежит проект Exascale Computing Facility Modernization (ECFM) стоимостью около $100 млн. В его рамках будет обновлена уже существующая в LLNL инфраструктура. Для реализации проекта необходимо получить очень много разрешений от местных регуляторов и очень тесно взаимодействовать с местными поставщиками электроэнергии. Тем не менее, LLNL заявляет, что проект «почти готов», по некоторым оценкам — на 93%. Функционировать новая инфраструктура должна с мая 2022 года (с опережением графика).

Сам проект стартовал ещё в 2019 году и, согласно планам, должен быть полностью завершён в июле 2022 года. В его рамках модернизируют территорию центра, введённого в эксплуатацию в 2004 году, общей площадью около 1,4 га. Если раньше центр, в котором работали системы вроде лучшего для 2012 года суперкомпьютера Sequoia (ныне выведенного из эксплуатации), обеспечивал подачу до 45 МВт, то теперь инфраструктура рассчитана уже на 85 МВт.

Конечно, даже для El Capitan такие мощности будут избыточны — ожидается, что суперкомпьютер будет потреблять порядка 30-35 МВт. Однако LLNL заранее думает о «жизнеобеспечении» преемника El Capitan. Следующий суперкомпьютер планируется ввести в эксплуатацию до того, как его предшественник будет отключён в 2029 году. Кроме того, для новой системы потребуется установка нескольких 3000-тонных охладителей. Если раньше общая ёмкость системы охлаждения составляла 10 000 т воды, то теперь она вырастет до 28 000 т.

В рамках проекта «Устойчивый тропический дата-центр» (STDC) будут протестированы новые методы охлаждения оборудования ЦОД с целью снижения нагрузки на сингапурскую электросеть. Необходимость в этом назрела, поскольку на Сингапур приходится около 60% центров обработки данных Юго-Восточной Азии и они потребляют уже 7% всей доступной стране электроэнергии. Несмотря на растущий спрос, властям пришлось наложить мораторий на строительство новых объектов.

Тестовая площадка STDC, которая разместится на территории кампуса Kent Ridge Национального университета Сингапура (NUS). Она позволит испытать конструкцию теплообменника с влагопоглощающим покрытием и систему StatePoint, которую Facebook✴ и Nortek разработали для тропических районов. Также будет рассмотрен вариант гибридного охлаждения на уровне чипов и система динамического управления охлаждением на основе цифровых двойников и алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ).

newswise.com

Исследователи планируют выяснить, может ли теплообменник, покрытый адсорбентом, улучшить непрямое испарительное охлаждение в условиях тропического климата. Тестирование такой системы в реальных условиях эксплуатации необходимо для последующего безопасного внедрения на коммерческих объектах. А гибридное охлаждение чипов должно повысить надёжность, поскольку систему воздушного охлаждения можно использовать во время обслуживания водяного контура.

ntu.edu.sg

Также будут исследованы возможности «Тропического ЦОД с воздушным охлаждением 2.0» — обновлённой версии системы, проектирование которой было начато в 2017 году. Она способна эффективно работать при повышенных температуре воздуха и влажности, что позволяет снизить энергопотребление оборудования воздухоподготовки.

На уровне государства создание стенда для испытаний инновационных систем охлаждения поддержали национальный исследовательский фонд (NRF) и Агентство развития информационных технологий (IMDA). На реализацию проекта суммарно выделено $17 млн.

ntu.edu.sg

Крупнейшим частным инвестором стала Facebook✴, которая ещё в 2018 году выбрала Сингапур для размещения крупного 11-этажного ЦОД мощностью 150 МВт. Энергию для него предоставят солнечные электростанции местной компании Sunseap, расположенные на крышах домов и воде. Энергоэффективность (PUE) объекта планируется на уровне 1,19. Для этого и нужна будет система жидкостного охлаждения StatePoint.

Участники проекта надеются, что все эти технологии в совокупности помогут снизить энергопотребление в индустрии центров обработки данных на 40%, если они будут внедрены во всём тропическом регионе. Учитывая высокую долю ископаемого топлива в местной электроэнергетике, это позволит сократить выбросы парниковых газов на 25%.