Qu'est-ce que le refroidissement de l'immersion?
Pour expliquer en termes simples, le refroidissement par immersion est obtenu en submergeant le matériel (équipement monté sur un rack) dans un liquide conducteur non - (appelé diélectrique) pour le refroidir plutôt que de circuler de l'air froid sur ou à travers. Le liquide est diffusé à travers des échangeurs de chaleur froids pour maintenir la basse température.
Dans la poursuite d'une gestion efficace de la chaleur, en particulier dans les applications de densité élevées - - comme les centres de données, le refroidissement par immersion est devenu une solution révolutionnaire. Parmi ses variantes, la phase unique - et deux techniques de refroidissement de l'immersion de la phase - se distinguent, chacune avec son propre ensemble de caractéristiques, d'avantages et de limitations.
Principe de travail de base: une différence fondamentale dans le transfert de chaleur
Refroidissement à immersion monophasé
Dans le refroidissement à immersion de phase - unique, le liquide de refroidissement reste dans un seul état (généralement liquide) tout au long du processus de transfert de chaleur. La chaleur est transférée des composants chauds (tels que les serveurs dans un centre de données) au liquide de refroidissement principalement par convection. Il existe deux façons courantes de conduire cette convection: naturel et forcé.
Convection naturelle: Lorsque les composants électroniques chauffent le liquide de refroidissement environnant, le liquide près des composants devient plus chaud. Étant donné que les liquides plus chauds sont moins denses que les plus frais, ils montent. Un liquide plus frais de la périphérie puis se déplace pour remplacer le liquide le plus chaud, créant une boucle de circulation naturelle. Par exemple, dans certaines applications de densité - faible - - où la simplicité est clé, la convection naturelle - unique - Le refroidissement par immersion en phase peut être efficace. Cependant, le taux de transfert de chaleur dans la convection naturelle est relativement faible car il dépend uniquement des différences de densité causées par les variations de température.
Convection forcée: Pour améliorer la capacité de refroidissement, une pompe est souvent utilisée dans les systèmes d'immersion de phase - uniques. La pompe oblige le liquide de refroidissement à circuler plus rapidement autour des composants. Le liquide de refroidissement plus frais est poussé vers les composants chauds, absorbe la chaleur, puis a été dirigé vers un échangeur de chaleur. Ici, la chaleur est transférée sur un milieu de refroidissement secondaire, généralement de l'eau, et le liquide de refroidissement refroidi est recirculé. Cette méthode peut augmenter considérablement le coefficient de transfert de chaleur par rapport à la convection naturelle, ce qui le rend adapté aux applications avec des charges de chaleur plus élevées, comme de nombreux centres de données modernes.
Refroidissement à immersion à deux phases
Le refroidissement de l'immersion de phase - exploite la puissance du changement de phase pour transférer la chaleur. Le liquide de refroidissement utilisé dans ces systèmes a un point d'ébullition relativement faible. Lorsque les composants chauds chauffent le liquide de refroidissement, il atteint son point d'ébullition et commence à se vaporiser. Ce changement de phase du liquide à la vapeur absorbe une grande quantité de chaleur, connue sous le nom de chaleur latente de vaporisation.
Au fur et à mesure que le liquide de refroidissement se vaporise, la vapeur résultante monte au sommet de l'enceinte. Ici, il entre en contact avec un condenseur, qui est généralement refroidi par un liquide de refroidissement secondaire (comme l'eau). La vapeur se condense dans un liquide, libérant la chaleur latente qu'elle a absorbée pendant la vaporisation. Le liquide condensé redonne ensuite au fond de l'enceinte, où il peut absorber plus de chaleur des composants, en terminant le cycle. L'utilisation de la chaleur latente dans deux - le refroidissement par immersion en phase permet des taux de transfert de chaleur extrêmement élevés, ce qui le rend bien - adapté aux applications avec des densités de puissance extrêmement élevées, telles que des clusters de calcul de performances élevés et de biens de performances élevés dans les centres de données.
Structure du système et complexité: simplicité par rapport à la complexité
La différence dans les principes de travail dicte directement l'architecture du système.
Systèmes de phase - unique:Avoir une structure relativement simple. Les composants centraux comprennent le réservoir, la pompe de circulation, l'échangeur de chaleur (CDU) et un refroidisseur sec externe. Il s'agit d'un système de boucle hydraulique fermée. Sans les défis de la gestion du changement de phase et de la pression, le système est plus stable et sa conception et sa maintenance sont plus simples.
Deux systèmes de phases -:Sont plus complexes. Ils doivent inclure un système de condenseur précis pour transformer la vapeur en liquide. L'ensemble du réservoir doit être hermétiquement scellé pour gérer la pression interne et l'équilibre de vapeur, nécessitant des cotes de pression plus élevées et une intégrité d'étanchéité, ce qui augmente les coûts de conception et de fabrication.
Performance et efficacité: différentes forces
Les deux sont des solutions de gestion thermique très efficaces, mais elles excellent dans différentes zones.
Systèmes de phase - unique:Offrez des performances de refroidissement extrêmement stables et prévisibles. Étant donné que le liquide de refroidissement a un point d'ébullition élevé, il évite l'ébullition locale. Le transfert de chaleur dépend de la capacité thermique et du débit spécifiques du fluide. En optimisant la conception du débit et la puissance de la pompe, les températures des composants peuvent être contrôlées avec précision au-dessus du point de rosée, éliminant complètement le risque de condensation. Cela les rend idéaux pour les scénarios exigeant une stabilité de la température extrême.
Deux systèmes de phases -:Exceller à manipuler des flux de chaleur instantanés instantanés sur des périodes de temps très courtes. Le processus de changement de phase absorbe beaucoup plus d'énergie (chaleur latente) que la chaleur sensible, lui permettant d'éliminer rapidement la chaleur "éclater" des copeaux. Théoriquement, ils ont un avantage dans les limites de refroidissement du niveau Ultimate Chip -. Cependant, leur stabilité du système peut être plus susceptible des changements dans les conditions ambiantes (par exemple, la température de l'eau du condenseur).
Opérations et coût (Opex): Considérations clés pour une longue utilisation du terme -
Perte de liquide de refroidissement:
Systèmes de phase - unique: expérimentez pratiquement zéro perte. Le liquide de refroidissement à point d'ébullition élevé a une très faible volatilité. Il ne nécessite qu'un seul remplissage et des contrôles périodiques, ce qui entraîne des coûts opérationnels très bas.
Deux systèmes de phases -: subissent des pertes mineures continues. Bien que le réservoir soit scellé, le liquide de refroidissement à point - faible - s'évapore facilement et est perdu pendant l'entretien lorsque le couvercle est ouvert. Cela nécessite des hauts supérieurs périodiques et coûteux - avec un liquide de coût spécialisé, élevé -.
Communie d'entretien:
Systèmes de phase - unique: offrez un avantage clair. Les serveurs peuvent être soulevés directement du bain pour l'entretien, avec un gouttes minimales. Le liquide est facile à nettoyer et les composants du système sont souvent des pièces industrielles standard, ce qui rend la maintenance moins exigeante techniquement.
Deux systèmes de phases -: impliquent une maintenance plus lourde. L'ouverture du réservoir conduit à une évaporation des fluides importantes, à l'augmentation des coûts et à des préoccupations environnementales potentielles. La complexité du système nécessite également souvent des techniciens plus spécialisés pour l'entretien.
Comment choisir?
| Fonctionnalité | Refroidissement à immersion monophasé | Refroidissement à immersion à deux phases |
|---|---|---|
| Principe de travail | Utilise la chaleur sensible au liquide, aucun changement de phase | Utilise la chaleur latente liquide, la vaporisation - Changement de phase de condensation |
| Complexité du système | Architecture faible et plus simple, maintenance plus facile | Élevé, nécessite des exigences de scellement élevé au condenseur |
| Performance de refroidissement | Stable, contrôlable, prévisible | Manipulation de la chaleur transitoire supérieure, meilleure pour les chocs thermiques |
| Perte de liquide de liquide | Très bas / aucun, bas opex | Perte continue, coût de recharge élevée |
| Entretien | Très pratique, les serveurs sont faciles à servir | Complexe, l'entretien entraîne une perte de liquide |
| Application idéale | Centres de données, calcul AI, informatique de bord, stockage d'énergie - grand - Déploiement de l'échelle Préoriaut la stabilité, fiabilité, faible TCO | Supercomputing, Chips HPC extrêmes - Domaines de niche Frontier poursuivant les performances de pointe ultime |
Pour la grande majorité des clients d'entreprise à la recherche d'une fiabilité élevée, d'un faible coût total de possession (TCO) et d'une facilité de déploiement de l'échelle--, le refroidissement à immersion en phase unique - est le choix plus mature, économique et pratique. Il équilibre parfaitement les performances de refroidissement extrêmes avec une faisabilité industrielle.
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