Waterkoeling is de technologie van de toekomst voor datacenters

Vanuit een natuurkundig oogpunt is vloeistof veel effectiever in het weghalen van warmte van een oppervlak dan lucht

| Supermicro | 5 min | 28 oktober 2021 18:40
Exclusief
Gewaardeerd
Copyright: Supermicro
Datacenters verbruiken tussen de 1% en 3% van de totale wereldwijde elektriciteitscapaciteit. De reken-, opslag- en netwerkinfrastructuur zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van de verbruikte elektriciteit. Er wordt echter ook een aanzienlijk deel verbruikt door de koelsystemen die nodig zijn om de systemen optimaal te laten werken en binnen de bedoelde temperatuurgrenzen te houden. De nieuwste generatie CPU's verbruiken bijna 300 watt en moderne GPU's meer dan 500 watt. Hierdoor komen de grenzen van luchtkoeling steeds dichterbij. Waterkoeling biedt een kostenefficiënte manier om de high-performance servers continu te laten werken en de operationele uitgaven (OPEX) te verlagen.

Vanuit een natuurkundig oogpunt is vloeistof veel effectiever in het weghalen van warmte van een oppervlak dan lucht. Denk maar eens aan het snel koelen van een fles wijn. Als je de fles wijn onderdompelt in een emmer gevuld met water en ijs, koelt deze sneller af dan in een doorsnee vriezer. Dit komt omdat meer moleculen de fles wijn raken wanneer deze in een vloeistof wordt ondergedompeld dan wanneer de fles met lucht wordt omringd.

De verschillende opties voor waterkoeling

Al sinds 1985 worden supercomputers ondergedompeld in vloeistof voor een efficiëntere koeling. Als we kijken naar de situatie van vandaag, zien we dat de mogelijkheid om individuele CPU's en GPU's met vloeistof te koelen steeds vaker wordt toegepast in datacenters. Er zijn een aantal methoden om CPU's en GPU's te koelen met vloeistoftechnologie. Hieronder worden de populairste beschreven.

Direct To Chip: Bij deze methode wordt de gekoelde vloeistof direct over de CPU gepompt. De warmere vloeistof wordt vervolgens naar een tweede CPU gepompt (bij dual-socket-systemen), of terug naar een eenheid die de warmere vloeistof afkoelt. Deze methode is tegenwoordig het meest gangbaar en verwijdert effectief warmte uit systemen. Ventilatorsnelheden kunnen worden verlaagd, waardoor het voor serverkoeling benodigde vermogen in het datacenter verder wordt verminderd.

Immersive (onderdompeling): Volledige systemen kunnen ongewijzigd in hun geheel worden ondergedompeld in een niet-geleidende vloeistof. Het gehele systeem wordt doorgaans neergelaten in een container die is gevuld met verschillende soorten vloeistoffen. Aangezien deze vloeistoffen de CPU's en GPU's omringen, wordt de warmte weggetrokken, stijgt de warmere vloeistof op om vervolgens extern te worden gekoeld in de immersieve tank. Koeling door onderdompeling is de meest efficiënte manier om moderne, high-performance servers te koelen.

Rear Door Heat Exchanger (RDHx): Er kunnen ook achterdeuren worden gebruikt om de hete uitlaatlucht van de servers te koelen voordat de lucht het datacenter binnenkomt ('hot aisle', warme gang). Deze achterdeuren bevatten zowel ventilatoren als koelvloeistof die, nadat de warme lucht zijn warmte aan de vloeistof heeft overgedragen, extern moet worden gekoeld via een warmtewisselaar. Hoewel deze methode geen vloeistof gebruikt om het systeem direct te koelen, is het gebruik van vloeistof in de infrastructuur voor koeling van het datacenter van cruciaal belang.

Verlaging van de OPEX door waterkoeling

Hoewel de kosten van datacenters kunnen variëren op basis van verschillende factoren, vermindert het gebruik van waterkoeling, en dan met name Direct To Chip, de OPEX op twee manieren. Ten eerste wordt het stroomverbruik van elke server verminderd, omdat de ventilatoren minder snel hoeven te draaien. Ten tweede kan het gebruik van Computer Room Air Conditioners (CRAC) worden verminderd of volledig worden geëlimineerd.

Als we kostenbesparingen vergelijken, waarbij een rack van acht GPU-servers met Direct To Chip-waterkoeling wordt vergeleken met traditionele luchtkoeling, zien we dat Direct To Chip-oplossingen kostenefficiënt zijn.

Er kunnen berekeningen worden gemaakt om vast te stellen hoeveel kosten er worden bespaard bij implementatie van een waterkoelingsoplossing. Tel eerst het totale vermogen op dat het hele cluster (of rack) van servers naar verwachting zal gebruiken. Watergekoelde servers zullen de ventilatoren niet zo vaak nodig hebben, waardoor deze stroomkosten uit de berekening kunnen worden gehaald.

De effectiviteit van het stroomverbruik (power usage effectiveness (PUE)) van een datacenter is ook van cruciaal belang voor deze berekening. Een door vloeistof gekoelde oplossing heeft een veel lagere effectiviteit van het stroomverbruik, meestal in het bereik van 1,10 - 1,15, terwijl door lucht gekoelde datacenters (in optimale omstandigheden) een effectiviteit van het stroomverbruik hebben van rond de 1,5. Met behulp van deze waarden, en inzicht in de elektriciteitskosten op basis van het tariefplan en de geografische locatie, kan een vergelijking worden gemaakt van de kostenbesparingen over een bepaalde periode tussen een luchtgekoeld en een watergekoeld serverrack. Enkele snelle berekeningen laten zien dat bij een enkel rack van acht systemen die elk twee CPU's en acht GPU's per systeem hebben, de kostenbesparing over drie jaar tussen de £ 32.000 (ca. € 38.000) en £ 36.000 (ca. € 42.575) zou liggen.

Het kiezen van de meest geschikte waterkoelingstechnologie, of het nu een Direct To Chip, Immersive of RDHx is, hangt van veel factoren af. Bijvoorbeeld of er sprake is van een retrofit-situatie is, zoals bij installatie van nieuwe en warmere servers in een bestaand rack. Voor deze omgeving zou een RDHx-systeem de beste keuze zijn. Als nieuwe servers meer dan 1 KW warmte genereren, dan is de Direct To Chip de beste optie, vooral wanneer een server bestaat uit dubbele CPU's en meerdere GPU's. Een immersieve koeling kan de beste keuze zijn voor omgevingen waar systemen naar verwachting erg heet zullen worden en er mogelijk niet voldoende tweefasekoeling voor Direct To Chip- of ultieme koeling is. Stel dat er een nieuw fysiek datacenter wordt ontworpen. In dat geval moeten de architecten en gebouwbeheerders plannen maken voor de toekomst en opties installeren voor de volgende generatie servers, die ongetwijfeld meer warmte zullen genereren.

Wat de voorkeursoplossing ook is, waterkoeling zal uiteindelijk een cruciale technologie worden om de nieuwste en toekomstige generaties CPU's en GPU's binnen operationele warmtegrenzen te houden. Hoewel waterkoeling op dit moment dus beter te rechtvaardigen is voor zeer geavanceerde clusters, zullen CPU's en GPU's in de toekomst ongetwijfeld nieuwe oplossingen vereisen om de prestaties van nieuwe microprocessors te maximaliseren.
Auteur: Vik Malyala, Senior Vice President bij Supermicro

Hoe vind je dit artikel?


Waardering: Uitstekend (3 ratings).

Content op basis van interesse of taal liever niet meer zien? Ga dan naar settings om eenvoudig je voorkeuren in te stellen.

Deel dit item
Over Supermicro
Super Micro Computer, Inc. (Nasdaq: SMCI), de toonaangevende innovator op het gebied van hoogwaardige, zeer efficiënte servertechnologie, is wereldwijd een toonaangevende leverancier van geavanceerde server Building Block Solutions® voor Enterprise Data Center, Cloud Computing, Kunstmatige intelligentie en Edge Computing Systems. Supermicro zet zich in voor de bescherming van het milieu door middel van zijn "We Keep IT Green®"-initiatief en biedt klanten de meest energiezuinige, milieuvriendelijke oplossingen op de markt.
Supermicro, Server Building Block Solutions en We Keep IT Green zijn handelsmerken en/of gedeponeerde handelsmerken van Super Micro Computer, Inc. AMD, het AMD Arrow-logo, EPYC en combinaties zijn daarom handelsmerken van Advanced Micro Devices, Inc. Alle andere merken, namen en handelsmerken zijn eigendom van de respectieve eigenaren ervan.
Meer over Supermicro
Disclaimer
Deze content is verkregen via óf is gebaseerd op een externe bron en valt daarmee buiten de verantwoordelijkheid van de redactie. Als de content een (gedeeltelijke) vertaling is van het origineel, dan is bij eventuele verschillen in betekenis de originele content leidend.

Nog een artikel lezen?


Vorige artikel
Volgende artikel
20200707165104.png
Meer meisjes en vrouwen in bèta, techniek en IT
20191030100036.png
Voor professionals met passie voor digitale revolutie!
20191030103431.png
Conference by app developers, for app developers!
20191030101402.jpg
De grootste Nederlandse site over Android
20191029200614.jpg
Drive value with data
20200608191257.png
Dé leukste website op het gebied van zorg in Nederland
© 2019-2022, alle rechten voorbehouden.
TechVisor
Het vizier op de tech industrie.