Согласно прогнозам ^[1] Stratistics MRC, к 2023 году стоимость рынка технологий водяного охлаждения в ЦОД достигнет 4,55 млрд долларов. Под катом разбираемся в причинах роста спроса на такие разработки и рассказываем о самих технологиях, которые развиваются в этой области.

^[2]
/ фото Rolf Brink ^[3] CC ^[4] / Система иммерсионного охлаждения ^[5]

Одна из причин роста рынка — увеличение объемов обрабатываемых данных. Согласно исследованию IDC ^[6], к 2025 году объем данных, генерируемых человечеством, составит 163 зеттабайта. С ростом объемов данных растет и нагрузка на серверы в дата-центрах, особенно в тех, что занимаются высокопроизводительными вычислениями (HPC). Для охлаждения таких систем обычных воздушных установок уже недостаточно.

Например, для охлаждения тензорных процессоров Google ^[7] (TPU), которые заточены под TensorFlow, ИТ-гиганту впервые пришлось использовать ^[8] воду. Из-за того, что новое поколение процессоров (TPU 3.0) отличается ^[9] мощностью и высоким энергопотреблением, воздушное охлаждение оказалось для них неприменимо.

Почему воздушное охлаждение уступает водяному

Клайв Лонгботтом (Clive Longbottom), директор по сервисному обслуживанию аналитической компании Quocirca, отмечает ^[10], что воздух не настолько хорош в качестве теплоносителя: по сравнению с водой он от 50 до 1000 раз хуже отводит тепло от оборудования.

Кроме того, традиционные установки для воздушного охлаждения занимают больше места и потребляют больше энергии. А это сказывается и на счетах за электричество. Поэтому в машинных залах дата-центров, где постоянно повышается плотность оборудования, использовать воздух для охлаждения становится невыгодно. По этой причине вентиляторы в ЦОД Агентства национальной безопасности США заменили ^[11] системой иммерсионного охлаждения (о других альтернативных решениях мы писали в одном из постов ^[12]).

Вали Сорелл (Vali Sorell), президент компании Sorell Engineering, занимающейся техническим проектированием зданий и прокладкой инженерных коммуникаций, и Марк Хурикен (Mark Hourican), управляющий партнер консалтинговой компании Syska Hennessy Group, полагают ^[13], что ЦОД-индустрия пока не готова взять и полностью отказаться от «инвестиций в воздух» и целиком перейти на охлаждение водой. В этом случае придется полностью перестраивать всю инфраструктуру ЦОД, что довольно дорого.

Однако компании, которым приходится работать с большими нагрузками, уже разрабатывают и применяют жидкостные системы охлаждения.

О технологиях жидкостного охлаждения ЦОД

Иммерсионное охлаждение. Одна из множества технологий жидкостного охлаждения — иммерсионное охлаждение ^[13] (о котором мы уже рассказывали в блоге ^[14]). Технология подразумевает полное погружение оборудования в специальную масляную среду. Главное достоинство технологии в том, что масло имеет более высокую теплопроводность, по сравнению с воздухом. Это помогает системе эффективнее поглощать тепло и удалять его избытки.

В 2015 году систему для погружного охлаждения представили Horizon Computing: в компании разработали специальный бокс ^[15] для серверов, который заполняется минеральным маслом. Конструкция бокса поддерживает оптимальную температуру оборудования с помощью конвекции. Такой «контейнер» способен работать на улице без кондиционеров, а низкие затраты на изготовление и незамысловатый дизайн бокса позволяют использовать его без изменения инфраструктуры дата-центра.

Непрямое жидкостное охлаждение. Эту технологию уже используют ^[16] в ЦОД Facebook: в начале июня компания продемонстрировала, как новая система охлаждения сделала ЦОД в Северной Каролине более энергоэффективным.

Представители Facebook отмечают, что в некоторых дата-центрах использовать фрикулинг невозможно из-за суровых природных условий или высокого уровня загрязнения воздуха (с этой проблемой, например, борются ^[17] в Китае). Поэтому компания приняла решение разработать систему непрямого жидкостного охлаждения.

В основе системы лежит ^[16] технология испарительного охлаждения. Вода для системы охлаждается в специальном теплообменнике, испаряясь через особый мембранный слой. Затем она охлаждает воздух внутри дата-центра, сохраняя оптимальную температуру серверов (схему работы технологии можно посмотреть в посте из блога Facebook ^[18]).

Тестирование системы показало ^[18], что она способна уменьшить потребление воды в ЦОД на 20% (в местах с жарким и влажным климатом) и на 90% (в умеренных и холодных климатических условиях).

/ фото poolie ^[19] CC ^[20]

Теплообменники на задней части серверной стойки. В этом случае охлаждённая вода поступает непосредственно к стойке с оборудованием, удаляя избытки тепла. Эту технологию используют ^[21] Lenovo в своем проекте Neptune: теплообменники уже применяют ^[22] 30% клиентов компании для своих HPC-систем.

Помимо упомянутого теплообменника, в проект Neptune входят теплообменный модуль (Thermal Transfer Module) и система непосредственного охлаждения узлов (Direct to Node Cooling).

Модуль использует ^[21] жидкость из теплопоглощающего резервуара, чтобы по специальным трубкам переместить избытки тепла от процессора в область с разреженным воздухом. Система имеет компактные размеры, потому позволяет уменьшить традиционный гул в серверной. А система непосредственного охлаждения доставляет ^[23] холодную воду прямо к узлу и «снимает» лишнее тепло с ключевых компонентов системы.

Будущее технологий водяного охлаждения

Как говорят ^[13] эксперты отрасли Сорелл и Хурикен, воздушное охлаждение полностью уступит водяному свое место тогда, когда применять его будет совершенно невыгодно или невозможно (например, из-за физических ограничений дата-центров). Однако специалисты прогнозируют, что переход не будет единовременным. Сперва распространятся гибридные технологии (например, системы на базе испарительных охладителей ^[24], как в Facebook), а затем уже будет осуществлен переход на прямо охлаждение с помощью воды.

В Lenovo также надеются ^[22], что применение водяного охлаждения выйдет за рамки HPC-систем и станет популярным среди обычных ЦОД. Для этого компания будет работать над снижением стоимости их реализации. Их цель — сделать системы водяного охлаждения дешевле и доступнее для обычных компаний.

---

P.S. Дополнительные материалы из Первого блога о корпоративном IaaS:

• Почему хороший IaaS-провайдер не должен иметь собственный ЦОД ^[25]
• Наш unboxing: блейд-сервер Cisco UCS B480 M5 ^[26]
• На чем развернуть SAP: обзор основных платформ ^[27]

P.P.S. Статьи по теме из нашего блога на Хабре:

• Почему нельзя так просто взять и внедрить «зеленые» технологии в ЦОД ^[28]
• Дата-центры, похожие на курятники, и работа в Антарктиде: подборка необычных ЦОД ^[29]
• UL 3223: представлен новый стандарт сертификации ЦОД ^[30]

Автор: it_man

Источник ^[31]