Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре испытали простой, но достаточно необычный способ двухфазного жидкостного охлаждения серверных CPU за счёт распыления на компоненты системы специального диэлектрического состава.
По данным опубликованного в журнале «Energy» исследования «Dynamic performance analysis and thermal modelling of a novel two-phase spray cooled rack system for data center cooling», разработанный сингапурскими учёными метод двухфазного жидкостного охлаждения отводит тепло гораздо более эффективно, чем традиционные воздушные и даже жидкостные системы. Работоспособность своей концепции они оценивали на примере системы из 12 серверов в серверном шкафу 24U. По словам ведущего исследователя проекта, профессора Вонга Тека Ненга, изобретение его команды представляет собой инновационную архитектуру, способную справляться с большой тепловой нагрузкой без привычных для систем жидкостного охлаждения радиаторов, шлангов, трубок и габаритных резервуаров. К тому же её легко масштабировать, тем самым адаптируя производительность системы под нужды конкретных дата-центров.
Сегодня большинство дата-центров полагаются на воздушное охлаждение серверов, которое шумит и потребляет достаточно много энергии. В последнее время подобные учреждения активно рассматривают возможность перехода на жидкостное охлаждение, принцип работы которого основывается на погружении всех компонентов системы в диэлектрическую жидкость. Системы такого типа (однофазные) предлагают несколько крупных производителей, включая Submer, GRC и Asperitas. Они потребляют меньше энергии, но при этом значительно лучше отводят тепло. Тем не менее представители индустрии решили на этом не останавливаться, и ещё несколько компаний активно работают над двухфазными системами, которые подразумевают использование диэлектрических составов с низкой температурой кипения (~34-35°). За счёт кипения жидкости тепло отводится ещё более эффективно, что позволяет покрывать потребности теплоотведения чипов с TDP 900 Вт и более.
Учёные из Наньянского технологического университета продолжили развитие концепции двухфазного охлаждения, вычеркнув из уравнения резервуары с кипящей жидкостью. По их задумке, диэлектрическая жидкость распыляется непосредственно на чипы при помощи форсунок и испаряется, охлаждая их. Затем испарённая жидкость конденсируется и возвращается в систему для повторного распыления. По словам профессора Ненга, в отличие от стандартных двухфазных систем жидкостного охлаждения, их система не использует составы с содержанием полифуороалкила (PFAS), признанные опасными для здоровья. Увы, в опубликованной онлайн выдержке исследования сингапурских учёных отсутствует информация о том, какой жидкостью они заменили PFAS.
Стоит отметить, что проблема обслуживания и охлаждения серверов весьма актуальна – особенно для Сингапура, где на дата-центры приходится около 7% от общего энергопотребления страны. Из-за ограниченного количества возобновляемых ресурсов электроэнергии и зависимости от импорта сингапурскому правительству приходится ограничивать темпы строительства новых центров. По этой причине Национальный исследовательский фонд Сингапура уже не первый год финансирует программу разработки зелёных дата-центров, в которой задействованы и учёные из Наньянского технологического университета. К слову, впервые данный концепт они представили ещё в 2021 году, продемонстрировав его работу на примере упрощённого прототипа, и с тех пор провели ряд исчерпывающих тестов для модернизации системы.