Liquid Cooling Devrimi

Liquid Cooling Yazı Dizisi – Bölüm 2
Bu bölümde arka kapak ısı eşanjörleri, Direct to Chip Liquid Cooling ve Immersion Cooling teknolojileri ele alınmaktadır.

Termal Yönetim Sistemleri Nasıl Gelişiyor?

Termal Yönetim Sistemleri Nasıl Gelişiyor? Veri merkezi soğutma teknolojileri, destekledikleri BT sistemlerinin değişen ihtiyaçlarını desteklemek için her zaman gelişmek zorunda kalmıştır. Önceki yıllarda hava soğutma sistemleri, soğutmayı ısı kaynağına yaklaştırarak daha yüksek yoğunluklara uyum sağladı ve çevrelemeyi kullanıyor. Ancak bu yaklaşımlar, kabinet başına ısı yükü yoğunlukları 20 kW’ın üzerine çıktıkça azalan getiriler sağlamaktadır.

Yüksek yoğunluklu kabinetlerin soğutma gereksinimlerini karşılamak için çeşitli sıvı soğutma teknolojileri ortaya çıkmıştır.

Yukarıdaki diyagram ile kabinet başı ısı yüklerine göre ideal sağlanması gereken soğutma çözümleri sunulmaktadır. Gelin birlikte bu çözümleri detayları ile inceleyelim.

1. Arka Kapak Soğutma Modülleri (Rear Door Heat Exchanger)

Arka kapı ısı eşanjörleri, 20 kW’ın üzerindeki yoğunlukları yönetmek için uygun bir çözüm sağlayan yenilikçi bir teknolojidir. Bu teknolojide sıvının yüksek termal transfer özelliklerinden yararlanır.

Doğrudan sıvı soğutma için gereken veri merkezi altyapısının temel bileşeni Pasif veya aktif Arka Kapak Isı Eşanjörleridir. (Aşağıdaki Resimde Yer Almaktadır.)

Rack kabinetin arka kapısını bir sıvı ısı eşanjörüyle olarak görev görmektedir. Pasif olan Tasarımda sunucu fanları, ısı yükünün kabinetin arka kapısının yerine monte edilen sıvı dolu bir batarya aracılığıyla dışarı atar. Batarya ısıyı üzerine alır ve hava veri merkezine verilmeden soğutma işlemi gerçekleşir. Aktif ısı eşanjörleri, bataryalardan havayı çeken ve hatta ısıyı uzaklaştıran EC fanlar içerir.

Bu sistemler, sıvı ve hava soğutma sistemlerinin çalıştığı veri merkezi soğutmasına yönelik hibrit bir yaklaşımın temelini oluşturmaktadır.

2. Direct to Chip Liquid Cooling

Doğrudan server çiplerine giden soğuk plakalar, kartın ısı üreten bileşenlerinin (CPU’lar, GPU’lar, bellek modülleri) üzerine oturur ve tek fazlı soğuk plakalar veya iki fazlı buharlaştırma üniteleri aracılığıyla ısı transferi gerçekleşir.

Tek fazlı soğuk plakalar, CDU tarafından gelen sıvıyı mevcut ısı yükünü almak üzere çalışmaktadır.

Sistemdeki sıvı seçimi termal şartlar ve sıvı özellik ile viskozitesine göre belirlenir.

Bu noktada Su (%100 su) en yüksek verimi sağlar ancak bazı durumlarda glikol su karışımı da elbette mümkündür. Isı transferi su + glikol karışımında bir miktar daha düşüktür ancak CDU ünitesi pompalama özellikleri açısından idealdir.

Bu sistemler aynı zamanda dielektrik sıvı da kullanabilir. Dielektrik sıvılar herhangi bir kaçak durumunda riski minimize edecek yapıya sahiptirler. Ancak bunun yanında şunu belirtmemizde fayda olacaktır ki dielektrik sıvıların ısı transfer yetenekleri su + glikol karışımları kadar iyi seviyede değildir. Aşağıdaki tabloda karşılaştırmaları görebilirsiniz.

İki fazlı soğuk plakalarla, düşük basınçlı bir dielektrik sıvı evaporatörlere iletilmektedir ve serverlar tarafından açığa çıkan ısı bu sıvıyı kaynatma seviyesine getirecektir. Isı bu durumda evaporatörden buhar formunda çıkıyor olacaktır.

Genel anlamda Direct to Chip soğutma çözümü, High density ısı yüklerinin %100’ünü transfer etmesi mümkün olmamaktadır. Bu çözümle tipik olarak toplam ısı yükünün %70-80’lik kısmı transfer ediliyor olacaktır. Bu durum, hibrit yaklaşımın gerekliliğini ve nedenlerini başlı başına oluşturmaktadır.

Bunun nedeni, CPU ve GPU’ların yaydığı ısı yükleri direct to chip liquid cooling ile çözülebilmektedir ancak aynı sistem içerisinde yer alan Power supply ve IC kapasitörleri bileşenler chip soğutmasının dışında kalan alanlardır. Bu nedenle bu çözümde Air + Liquid cooling çözümleri bir arada kullanılabilmektedir ve proje planlamasının tüm bu hususlar gözetilerek yapılmasında fayda olacaktır.

3. Immersion Cooling (Daldırma Tip Sıvı Soğutma)

Immersion cooling çözümünde sunucular ve diğer bileşenler, özel bir dielektrik sıvıya batırılmaktadır. Bu yöntemle birlikte hava soğutma ihtiyacı ortadan kalkmaktadır. Sıvı soğutma sistemlerinde termal transfer özelliklerinin en yüksek olduğu ve %100 liquid çözüm olarak karşımıza çıkan bir teknolojidir.

Direct to Chip soğutma sisteminde olduğu gibi, tek fazlı ve iki fazlı daldırma soğutma sistemleri mevcuttur.

Tek fazlı olarak sistem (aşağıdaki şekildedir), sunucular bir dielektrik iletken sıvı içerisine dikey olarak kurulur, sunucu bileşenleriyle doğrudan temas yoluyla soğutma sıvısı ve CDU’daki ısı eşanjörleri tarafından uzaklaştırılır. Veri merkezinde CDU genellikle ayrı bir bileşen olacaktır.