Většina systémů používá k chlazení vzduch, který proudí přes chladiče připojené k čipům. Efektivnější řešení je ale kompletně ponořený počítač.
Možná jste někdy zahlédli pokusy s chlazením počítače, který byl celý ponořen v oleji. Většinou se sice jednalo o domácí šílené testy s tím nejobyčejnějším olejem, ale podobný koncept je k dispozici v sériové výrobě i pro náročné servery a datacentra.
Intel dokonce tento druh chlazení zkusil dlouhodobě otestovat s výbornými výsledky, které předčí dosavadní systémy.
Vzduch jako minulost?
Nejpoužívanějším způsobem chlazení počítače je již dlouhou dobu vzduch, respektive proud vzduchu, který odvádí teplo z obvykle hliníkových chladičů co nejdále od zdroje tepla – integrovaných čipů.
Chladič Thermalright pro procesory osazený dvěma ventilátory
Problém ale je, že jako největší zdroj tepla jsou sice hlavní výpočetní čipy, mezi které patří procesor nebo grafická karta, ale na základních deskách je velké množství dalších čipů, které také generují teplo. Nesmíme také zapomenout na další součástky, mezi které patří například zdroj i moderní SSD.
Vzduchové chlazení je sice velmi levné, vzduch ale není nejlepší metodou pro přenos tepla. Efektivita tak není rozhodně tak dobrá, jako například u vody. V mnoha oblastech se tak lze setkat s vodním chlazení, které je zaměřeno pouze na nejteplejší součástky, které jsme již zmínili.
Pasivní blok hlinikových žeber přizpůsobených pro odvod tepla vzduchem
Technologie v takovém případě funguje na bázi cirkulace vody v uzavřeném systému trubic, které odvedou ohřátou vodu i mimo počítač, kde je již k dispozici radiátor chlazený opět vzduchem. Co když ale existuje mnohem efektivnější a bezpečnější řešení?
Počítač ponořený kompletně v oleji
Intel se rozhodl přibližně před rokem začít s podrobným testováním poměrně nové technologie chlazení od společnosti Green Revolution Cooling, která se specializuje právě na chlazení pomocí oleje, ve kterém jsou ponořeny všechny komponenty serveru.
Green Revolution Cooling
Chlazení nepoužívá obyčejný olej, ale speciální kapalinu GreenDEF, která je založena na minerálním oleji. Oproti vzduchu má tento olej 1 200× lepší tepelnou kapacitu, takže dokáže velmi efektivně chladit velké transformátory, kondenzátory a další elektronické součástky. Výhodou oleje je také vyšší bod varu než u vody.
Systém CarnotJet obsahuje minerální olej
Olej není vodivý, takže nedochází k žádným problémům v oblasti funkčnosti komponent. Chladicí kapalina není toxická, k součástkám se nedostane žádný prach a není nutné používat žádné ventilátory, které jsou nejen zdrojem častých chyb, ale také dodatečné spotřeby elektrické energie. Nedílnou součástí vzduchového chlazení je také hluk. Se systémem CarnotJet je k dosažení teplot kolem 40 stupňů celsia potřeba mnohem méně energie, než při použití chlazení vzduchem.
Ponořené servery i s kompletní kabeláží, vše funguje zcela bez problémů
Ve všech částech serveru je navíc poměrně stabilní teplota, která je v rozmezí maximálně jednoho stupně celsia. V případě chlazení vzduchem může být rozdíl i deset stupňů mezi horní a dolní části racku.
Systém CarnotJet dokáže v současné konfiguraci uchladit až 100 kW (42U rack) a nabízí velké množství výhod. Díky absenci ventilátorů jsou minimalizovány vibrace i prach. Z menších vibrací těží i výdrž pevných disků, pro které jsou vibrace až v 50 % případů důvodem pro chybu při čtení nebo zápisu.
V případě poškození chladicího systému, který zajišťuje chlazení oleje (stačí pouze na 24 stupňů celsia), dokáže systém udržet použitelné teploty počítače nebo serveru ještě jednu až čtyři hodiny. Se vzduchovým chlazení je to spíše v sekundách a minutách, než teploty stoupnou na kritickou hodnotu.
CarnotJet a lázeň pro křemíkové součástky
Systém CarnoJet potřebuje k instalaci čtyři základní prvky – místnost, elektřinu a přístup k vodě nebo venkovnímu vzduchu. Jedna pumpa, která zajišťuje proud minerálního oleje a jeho filtraci (spojená s externím radiátorem), dokáže obsloužit čtyři až šest racků. Zatím jsou k dispozici dvě konfigurace, které obsahují 280 nebo 950 litrů chladicí kapaliny na jeden rack dle velikosti.
Přesné ceny výrobce oficiálně neuvádí, u menší konfigurace jde ale instalační a měsíční poplatek, u větších systémů se pak cena odvíjí od spotřeby elektrické energie. Cena za jeden litr používaného oleje je v přepočtu kolem 50 korun.
A pokud jde o výměnu případných součástek, i zde jde všechno poměrně jednoduše, pouze se trochu zamastíte olejem místo prachu. Jak můžete vidět na videu, není žádný problém systém otevřít, vytáhnout potřebný server (olej má teplotu pouze 40 stupňů celsia) a součástku vyměnit.
Intel: jde o efektivní a bezpečné řešení
Mezi zákazníky Green Revolution je i zmíněný Intel, který po roce testování tohoto systému potvrdil, že se jedná o velmi efektivní řešení i pro datacentra, ve kterých systém CarnotJet testoval. Po roce dosáhl PUE (Power Usage Effectiveness) s hodnotou 1,02 až 1,03.
Parametry a efektivita dle Green Revolution Cooling
Servery a komponenty navíc obsahovaly klasické hliníkové chladiče přizpůsobené pro chlazení vzduchem, takže při použití nových typů chladičů pro proudící olej lze ještě výsledky mírně zlepšit. Pokud jde o klasické pevné disky (u SSD je to jedno), pro ně je připraveno speciální nepropustné pouzdro.
CarnotJet je mnohem efektivnější než vzduchové chlazení, v místnosti je navíc minimální hluk, nejsou totiž použity žádné ventilátory
CarnotJet dokáže snížit spotřebu energie chladicích systémů o 90 až 95 %, což může ve výsledku vést ke snížení elektrické energie až o polovinu oproti použití standardních typů chlazení.
Nechybí ani efektní podsvícení
Dle výrobce je CarnotJet kompatibilní takřka s jakýmkoli serverem, včetně ethernetových a optických propojení. Jediné co nelze použít je samozřejmě optická mechanika.
Roční záruku lze rozšířit až na čtyři roky, nechybí možnost automatického monitorování teplot a různých čidel v rámci systému.
Efektivní chlazení kopírující organismy
Jistě si vzpomenete minimálně na jeden vědeckofantastický film ve kterém je nějaká forma například kvantového počítače uložena v chladicí kapalině, často s extrémně nízkou teplotou.
Pokud je tento druh chlazení výrazně efektivnější, pravděpodobně lze jeho využití očekávat v budoucnu mnohem více, než v současnosti. Evoluce postupným zkoušením také došla k vnitřnímu chlazení pomocí kapaliny, která je chlazena pouze okolním vzduchem. Náš lidský systém chlazení navíc musí udržet stabilní teplotu vnitřních orgánů kolem 37 stupňů celsia a stačí pouhých několik stupňů a systém včetně jeho chemických procesů kolabuje.
Křemíkové součástky zatím naštěstí mají větší rozmezí stability a funkčnosti, ale v budoucnu s větší miniaturizací může být rozmezí teplot stále omezenější a odvod tepla tak kritickou součástí elektronických systémů. U budoucích čipů se již počítá se speciálními kanály s tekutinou, která bude efektivně odvádět teplo i v rámci vnitřní konstrukce čipu. Vzhledem ke složitosti totiž již nepůjde uchladit klasickým chladičem na jedné jeho ploše.
