Teknologi pendingin cair - cara baru untuk menghemat energi dan mengurangi konsumsi pusat data
Di era ekonomi digital dan Internet of Things, penghitungan dan pemrosesan data dalam jumlah besar memerlukan perluasan skala infrastruktur pusat data secara terus-menerus, yang juga menimbulkan masalah peningkatan konsumsi energi yang tajam. Menurut "Laporan Penelitian tentang Perkembangan" Infrastruktur Baru "Tiongkok, pada tahun 2025, pusat data global akan menyumbang porsi terbesar konsumsi energi global, hingga 33%. Di Tiongkok, konsumsi daya pusat data nasional telah meningkat. meningkat lebih dari 12% selama delapan tahun berturut-turut, dan proporsi konsumsi listrik di masyarakat akan terus meningkat di masa depan.
Konsumsi energi pusat data terutama berasal dari dua aspek: konsumsi daya server itu sendiri, dan daya pendinginan yang diperlukan untuk pendinginan server. Dengan peningkatan daya komputasi di pusat data, investasi terbesar untuk pusat data yang baru dibangun bukanlah bangunan itu sendiri, namun biaya peralatan untuk menjamin pasokan listrik dan biaya pendinginan pusat data. Menurut statistik, sistem pendingin di pusat data menyumbang sekitar 40% dari konsumsi energi seluruh pusat data.
Teknologi pendingin cair mengacu pada penggunaan cairan sebagai media perpindahan panas untuk menukar panas pada komponen pemanas dan menghilangkan panas, daripada mendinginkan secara tidak langsung melalui udara seperti pendingin udara. Cairan memiliki efek konduktivitas termal yang lebih baik, 25 kali lipat dari udara, serta efek perpindahan suhu yang lebih cepat dan lebih baik. Sementara itu, karena kapasitas panas spesifik cairan yang besar, suhunya tidak berubah secara signifikan setelah menyerap panas dalam jumlah besar, sehingga suhu CPU menjadi stabil. Teknologi pendingin cair dapat dibagi menjadi tiga jenis: tipe semprot, tipe perendaman, dan tipe pelat dingin.
Pendinginan cairan tipe semprot:
Simpan cairan dan lubang terbuka di bagian atas sasis, sehingga cairan pendingin dapat disemprotkan ke elemen pemanas sesuai dengan posisinya dan ukuran pembangkitan panas, sehingga mencapai tujuan pendinginan peralatan. Cairan yang disemprotkan bersentuhan langsung dengan perangkat yang didinginkan, menghasilkan efisiensi pendinginan yang tinggi; Namun pada proses penyemprotan, cairan akan mengalami penyimpangan dan penguapan jika terkena benda bersuhu tinggi. Tetesan kabut dan gas akan keluar di sepanjang celah lubang sasis hingga bagian luar sasis sehingga menyebabkan penurunan kebersihan lingkungan ruang komputer atau mempengaruhi peralatan lainnya.
Pendinginan cairan tipe perendaman:
Komponen elektronik langsung direndam dalam cairan dielektrik, yang ditempatkan dalam wadah tertutup namun mudah dijangkau, dan panas dipindahkan dari komponen elektronik ke cairan. Biasanya, pompa sirkulasi digunakan untuk mengalirkan larutan fluorida elektronik yang dipanaskan ke penukar panas, kemudian larutan tersebut mendingin dan bersirkulasi kembali ke dalam wadah. Tipe perendaman dibedakan menjadi dua tipe yaitu satu fasa dan dua fasa. Dalam pendinginan cairan perendaman satu fase, cairan fluor elektronik tetap dalam keadaan cair; Dalam pendinginan cairan perendaman dua fase, proses perebusan dan kondensasi cairan fluorinasi elektronik secara eksponensial meningkatkan efisiensi perpindahan panas cairan.
Pendinginan cairan pelat dingin:
Mendinginkan chip secara langsung dengan mengedarkan media cair melalui pompa melalui pelat dingin yang dirangkai menjadi komponen elektronik untuk pembuangan panas. Cairan tidak bersentuhan langsung dengan perangkat elektronik. Meskipun cairan non-dielektrik (seperti air/etilen glikol) biasanya digunakan untuk pendinginan chip langsung, cairan fluorinasi elektronik dielektrik juga dapat digunakan untuk aplikasi chip langsung, sehingga mengurangi risiko terkait kebocoran dan meningkatkan keandalan perangkat keras/peralatan TI. Teknologi satu fase dan dua fase dapat digunakan untuk mencapai pendinginan chip langsung.
Saat ini, teknologi pendingin cair telah diterapkan dan divalidasi di beberapa pusat data dalam dan luar negeri. Misalnya:
Alibaba Cloud: Pada tahun 2018, Alibaba Cloud meluncurkan klaster superkomputer pertama di dunia yang berbasis pada teknologi pendingin cair yang imersif - X-Dragon Super Computing Cluster. Cluster ini mengadopsi solusi pendinginan cairan perendaman dua fase, membenamkan server sepenuhnya dalam larutan fluorida dan mencapai pembuangan panas yang efisien melalui perebusan dan kondensasi larutan fluorida. Menurut Alibaba Cloud, cluster ini dapat mengurangi konsumsi daya server hingga 50%, meningkatkan efisiensi pendinginan hingga 80%, serta menghemat ruang pusat data dan biaya pemeliharaan.
Tencent Cloud membangun pusat data pertama di dunia berdasarkan teknologi pendingin cairan semprot, Pusat Data Guiyang T3, di Guizhou pada tahun 2019. Pusat data ini mengadopsi skema pendingin cairan semprot, yang menyemprotkan larutan fluorida dalam bentuk atom ke atas server dan mencapai pembuangan panas melalui pertukaran panas antara larutan fluorida dan udara. Menurut Tencent Cloud, pusat data dapat mengurangi PUE hingga di bawah 1,2, menghemat 30% ruang ruang komputer, dan meningkatkan kinerja dan keandalan server.
Microsoft menenggelamkan Project Natick, pusat data berbasis teknologi pendingin cair terendam, di bawah laut di Skotlandia pada tahun 2020. Pusat data tersebut mengadopsi skema pendingin cair perendaman satu fase, membenamkan server sepenuhnya dalam bejana bertekanan berisi nitrogen dan menggunakan air laut untuk pembuangan panas. Menurut Microsoft, pusat data tersebut mampu mencapai pasokan energi mandiri serta memiliki keandalan dan keamanan yang lebih tinggi.
Dengan perluasan skala pusat data yang terus-menerus, peningkatan kepadatan komputasi, peningkatan biaya energi, dan peningkatan persyaratan lingkungan, teknologi pendingin udara tradisional tidak lagi mampu memenuhi kebutuhan pengembangan pusat data. Teknologi pendingin cair, di sisi lain, memiliki keunggulan nyata seperti konservasi energi dan pengurangan konsumsi, kemampuan beradaptasi terhadap lingkungan, desain fleksibel, pemanfaatan limbah panas, dan ramah lingkungan, menjadikannya arah pengembangan teknologi pendingin pusat data di masa depan.
