Технологията на потопяемите сървъри става все по-примамлива за центровете за данни и предизвиква водното охлаждане (снимка: синтетично масло за охлаждане на компютърни компоненти от каталунската фирма Submer, submer.com)
Течностите обичайно не са добри приятели на електрониката. Но през последните няколко години екипи от различни краища на света показват, че потапянето на сървърите в специална течност – непроводима и некорозивна – може да бъде най-добрият начин за охлаждането на машините.
Течностите са много по-плътни от въздуха, което ги прави по-ефективни при отвеждане на топлината от компютрите. Тази ефективност става все по-важна – проучване от 2023 г. установи, че енергията, необходима за поддържане на сървърите в центровете за данни от прегряване, представлява до половината от общата енергия, която центровете за данни консумират.
Алтернатива на водното охлаждане
Водното охлаждане вече е добре познато на индустрията, но то се си има своите проблеми. Водата, пренасяща топлината от компютрите, обикновено се отвежда по тръби до охладителни кули. Там топлата течност се среща с друга вода, която се пръска като водна мъгла, за да охлажда и да се изпарява. Има данни, че през 2022 г. центровете за данни на Google, които се охлаждат по този начин, са изразходвали около 19 милиарда литра прясна вода за охлаждане.
Това дава основание на много изследователи и стартъпи да търсят алтернативни методи. И един от тях, набиращ скорост, е този на потопяемите сървъри.
През 2019 г. изложител на MWC в Барселона показа пред широка публика как сървъри „киснат“ в охладителна течност и това намалява разхода на енергия за охлаждане наполовина. Макар че течността бе напълно прозрачна и се плискаше като вода, тя всъщност е по-скоро прозрачно масло с нисък вискозитет. То е непроводимо, некорозивно, така че може да бъде в пряк контакт с електрониката, без да се получи късо съединение или да се повреди. Също така е биоразградимо, безвредно за всички видове полимери и за оптичните влакна – няма опасност да ги разгради.
През 2021 г. се разбра, че китайският гигант в е-търговията Alibaba вече използва потопяеми охладителни системи за своите сървъри, а Google, Microsoft и Facebook усилено експериментират с нея.
Перфектната работна среда за компютър
Сега още два нови проекта в областта поставят технологията „на масата“. Технологията притежава потенциала да намали потреблението на енергия наполовина, казва Оливър Къртис, изпълнителен директор на компанията за центрове за данни с потопяемо охлаждане Sustainable Metal Cloud.
SMC представи своята технология на състезанието за обучение с изкуствен интелект MLPerf, което обяви нов показател – консумация на енергия. Както подсказва името, той измерва мощността на всяка машина, когато тя изпълнява задачи по всеки от другите си показатели, например обучение на голям езиков модел или генератор за препоръки.
Течността, представена от SMC, е също масло – това е полиалфаолефин, често използван автомобилен лубрикант. Маслото се изтласква бавно през раклите с потопените сървъри, което позволява ефективен пренос на топлина.
Екипът на SMC е направил модификации на сървърите, за да са съвместими с този метод на охлаждане в дългосрочен план. Освен премахването на вградените вентилатори, това включва и смяна на термичните интерфейсни материали, които свързват чиповете към техните радиатори, тъй като някои от тези материали се разграждат в маслото. Къртис казва, че модификациите, които правят, са малки, но важни за функционирането на тяхната настройка.
„Това, което направихме там, е, че създадохме перфектната работна среда за компютър“, казва Къртис. „Няма прах, няма движение, няма вибрации, защото няма вентилатори. И това е идеална работна температура“.
Системите на SMC, които нарича HyperCubes, се състоят от 12 или 16 резервоара, във всеки от които има сървър. Сървърите са свързани помежду си между резервоарите чрез обикновени връзки, преминаващи от маслото в единия резервоар към съседния резервоар. Къртис твърди, че този подход спестява 20 до 30 процента от общото потребление на енергия на ниво сървър. Освен това, като част от системата SMC изгражда топлообменни системи за целия обект, по една за всеки HyperCube.
Безопасна като готварско олио
Едновременно с това Sandia National Laboratories в Ню Мексико тества охлаждане чрез потапяне с цел предоставяне на независима, публично достъпна оценка. Потопяемото охлаждане „има много предимства и ми е наистина трудно да видя каквито и да било недостатъци, които биха ме насочили към други технологии“, казва Дейв Мартинез, ръководител на проект за инженерна програма за инфраструктурни изчислителни услуги на Sandia.
Течността, която Sandia използва, е от Submer Technologies – същата фирма, която показа киснещи сървъри в Барселона през 2019 г. Течността има 1/8 от електрическата проводимост на въздуха и е приблизително вискозитета на олиото за готвене. И е точно колкото готварското олио безопасна – тя има клас на хранителен продукт.
В раклите Sandia поставя цели сървърни стелажи и техните захранващи кабели. Тази стратегия има за цел да улови цялата топлина, генерирана от електрониката, за да осигури равномерно охлаждане. Охлаждащата течност отдава топлината си на открито при правилната температурна разлика.
Според Submer, неговата система за охлаждане с потапяне е 95 процента по-ефективна от традиционните технологии за охлаждане. „В момента виждаме много повече плюсове, отколкото минуси“, казва Мартинез за технологията. „Спестената енергия е огромна, но не е само това. Без всичките тези вентилатори на практика няма и шум. Може дори да не знаете, че там има център за данни“.
Submer отбелязва, че охлаждащата течност си има потенциални предизвикателства. Например, пластификаторите в PVC кабелите могат да взаимодействат с маслото, което потенциално ще направи кабелите по-твърди и чупливи. Все пак има решение за този казус: кабелите с външна обвивка, изработени от материали като полиуретанова смола, не показват този проблем.
Друго предизвикателство е подмяната на компонент – да речем, чип на платка. Портална кран-система над резервоара може да повдигне сървърната стойка. „Просто го оставяме да капе, докато не остане масло“, казва Мартинез. „Може да се наложи да изчистим всичко“.
Навярно и това предзвикателство ще намери своето решение, но Мартинез смята, че честотата на повреда на частите ще намалее много, защото охлаждането е по-ефективно от вентилаторна система.