По мере того, как мир становится всё более цифровым, центры обработки данных стали основой современной инфраструктуры, обеспечивая всё: от потоковых сервисов и финансовых транзакций до облачных вычислений и искусственного интеллекта. С ростом плотности рабочих нагрузок и их энергопотребления возникает вопрос: как эффективно управлять теплом в среде центра обработки данных?
Традиционно воздушное охлаждение было стандартным методом терморегулирования. Однако жидкостное охлаждение стало привлекательной альтернативой, особенно в высокопроизводительных вычислительных средах. В этой статье мы сравниваем оба метода с точки зрения эффективности, стоимости, масштабируемости и готовности к будущему, в конечном итоге отвечая на ключевой вопрос: какая технология лучше подходит для создания следующего поколения центров обработки данных?
Понимание основ
Прежде чем углубляться в сравнение производительности и экономичности, давайте выясним, как работают эти методы охлаждения.
- Воздушное охлаждение: Этот метод основан на циркуляции холодного воздуха в центре обработки данных для отвода тепла, выделяемого серверами и ИТ-оборудованием. В этой системе обычно используются такие компоненты, как кондиционеры для компьютерных залов, вентиляторы и фальшполы.
- Жидкостное охлаждение: Этот метод использует жидкость — обычно воду или диэлектрический хладагент — для поглощения и отвода тепла непосредственно от тепловыделяющих компонентов. Он может быть реализован несколькими способами: охлаждение непосредственно на кристалле, теплообменники на задней стенке или полное иммерсионное охлаждение.
Преимущества воздушного охлаждения
1. Широкое распространение и узнаваемость
Воздушное охлаждение десятилетиями является отраслевым стандартом. База эксплуатационных знаний, экосистема поставщиков и инфраструктура поддержки хорошо отлажены. Это снижает сложность и риски для многих организаций, особенно тех, где уже используются системы воздушного охлаждения.
2. Снижение первоначальных капитальных затрат
Для небольших и средних предприятий воздушное охлаждение остаётся экономически эффективным решением. Такое оборудование, как вентиляторы и кондиционеры для компьютерных залов, относительно недорогое и легкодоступное, а их установка не требует значительных изменений в существующих системах.
3. Упрощенное обслуживание и ремонт
Системы воздушного охлаждения, как правило, проще контролировать и обслуживать, поскольку в них задействовано меньше специализированных компонентов. Технические специалисты, прошедшие обучение в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или управления объектами, часто могут справиться с большинством проблем без необходимости получения специальных сертификатов.
Ограничения воздушного охлаждения
1. Энергоэффективность при высоких нагрузках
Воздух — плохой проводник тепла по сравнению с жидкостями. С ростом плотности серверов системам воздушного охлаждения требуются более мощные вентиляторы, больший воздушный поток и большее энергопотребление для поддержания заданной температуры, что приводит к росту эксплуатационных расходов и повышению коэффициента использования энергии (PUE).
2. Ограниченная масштабируемость
Существует температурный порог, за которым воздушное охлаждение становится нецелесообразным. Высокоплотные вычислительные среды, такие как кластеры обучения ИИ или узлы высокопроизводительных вычислений (HPC), могут превосходить охлаждающую способность традиционных воздушных систем.
3. Ограничения пространства
Для поддержания достаточного воздушного потока требуется дополнительное физическое пространство, включая фальшполы и большие системы воздуховодов. Это снижает общую эффективность на квадратный метр центра обработки данных.
Преимущества жидкостного охлаждения
1. Исключительная эффективность теплопередачи
Жидкостное охлаждение Обеспечивает превосходные тепловые характеристики, используя высокую удельную теплоёмкость жидкостей, которая может быть до 3000 раз выше, чем у воздуха. Это позволяет жидкостным системам быстро поглощать и рассеивать большие объёмы тепла, выделяемого высокопроизводительными вычислениями (HPC), искусственным интеллектом (ИИ) и периферийными вычислениями.
Современные центры обработки данных переходят на плотно упакованные стойки, где выполняются ресурсоёмкие задачи, и традиционные воздушные системы часто не справляются с нагрузкой. Жидкостное охлаждение обеспечивает более прямой и эффективный отвод тепла, обычно с использованием охлаждающих пластин или методов погружения для передачи тепла непосредственно от процессоров к охлаждающей среде. Это не только обеспечивает стабильную работу системы, но и продлевает срок службы чувствительного оборудования, поддерживая оптимальные рабочие температуры.
2. Снижение затрат на электроэнергию
Устраняя или значительно снижая зависимость от систем кондиционирования воздуха в компьютерных залах (CRAC), жидкостное охлаждение значительно снижает энергопотребление. В отличие от систем с воздушным охлаждением, где охлаждённый воздух должен циркулировать по большим помещениям, огибая препятствия, жидкостное охлаждение приближает систему терморегуляции к источнику тепла.
Такое расположение сокращает потери энергии и позволяет операторам достигать значительно более низких показателей PUE (эффективности использования энергии), часто ниже 1,2. Со временем это приводит к значительной экономии на счетах за электроэнергию, что особенно выгодно для гипермасштабных центров обработки данных или поставщиков услуг размещения оборудования, работающих в регионах с высокими ценами на электроэнергию или требованиями по сокращению выбросов углерода.
3. Поддержка стоек высокой плотности
Одним из наиболее убедительных преимуществ жидкостного охлаждения является его способность поддерживать чрезвычайно высокую плотность мощности, обычно 30–60 кВт на стойку, а в некоторых специализированных системах и выше. В отличие от этого, традиционные воздушные системы часто достигают максимальной мощности 15 кВт на стойку, прежде чем требуют существенной модернизации.
Это делает жидкостное охлаждение предпочтительным решением для сред с ограниченным пространством, где каждый квадратный метр свободного пространства должен быть максимально эффективным. Жидкостное охлаждение позволяет увеличить вычислительную мощность на единицу площади, повышая окупаемость инвестиций в инфраструктуру и позволяя более масштабируемо планировать мощности, будь то центр обработки данных уровня Tier IV или компактный периферийный модуль.
4. Устойчивое развитие и воздействие на окружающую среду
Системы жидкостного охлаждения напрямую способствуют достижению целей экологичных центров обработки данных, обеспечивая повышенную энергоэффективность и снижение углеродного следа. Минимизируя потребность в интенсивном движении воздуха, они сокращают косвенные выбросы и способствуют получению более высоких рейтингов эффективности для LEED и других сертификаций экологичных зданий.
Более того, во многих современных системах используются замкнутые контуры или диэлектрические жидкости, что сокращает расход воды и позволяет избежать использования вредных хладагентов. Эти системы непроводящие, нетоксичные и пригодны для вторичной переработки, что делает их экологически безопасными.
Поскольку соответствие требованиям ESG (экологические, социальные и управленческие) становится критически важным показателем при принятии корпоративных ИТ-решений, жидкостное охлаждение становится перспективной и устойчивой инвестицией.
5. Снижение требований к шуму и воздушному потоку
Благодаря меньшему количеству вентиляторов, нагнетателей и движущихся частей, системы с жидкостным охлаждением, как правило, тише и стабильнее, чем системы с воздушным охлаждением. Это приводит к меньшему механическому износу, уменьшению количества отказов, связанных с вибрацией, и улучшению условий труда персонала на объекте.
В некоторых конфигурациях можно сократить или полностью исключить даже необходимость в фальшполах и потолочных воздуховодах, что ещё больше упрощает проектирование центра обработки данных. Система в целом становится более рациональной и отказоустойчивой, что снижает общую стоимость владения за весь её жизненный цикл.
Проблемы жидкостного охлаждения
1. Более высокие первоначальные инвестиции
Инфраструктура для жидкостного охлаждения, такая как насосы, охлаждающие пластины, блоки распределения охлаждения (CDU) и специализированная водопроводная система, требует более высоких первоначальных затрат по сравнению с системами воздушного охлаждения.
2. Сложность обслуживания
Системы жидкостного охлаждения требуют специальных знаний для управления, особенно при работе с иммерсионными жидкостями или обеспечении герметичности. Квалифицированный персонал и надлежащее обучение имеют решающее значение для предотвращения дорогостоящих сбоев.
3. Готовность отрасли
Хотя ведущие технологические компании уже внедрили жидкостное охлаждение, многим устаревшим центрам обработки данных и небольшим предприятиям всё ещё не хватает инфраструктуры или уверенности в своих силах, чтобы осуществить переход. Внедрение растёт, но темпы его неравномерны по секторам.
Вердикт: кто победит?
Хотя воздушное охлаждение в ближайшее время никуда не исчезнет, особенно в традиционных центрах обработки данных, жидкостное охлаждение, несомненно, является лидером в области вычислений следующего поколения. Экспоненциальный рост плотности вычислений в сочетании с эксплуатационными требованиями ESG позиционирует жидкостное охлаждение как более экологичное и экономичное долгосрочное решение.
В ближайшие годы ожидается рост числа гибридных систем, где воздушное и жидкостное охлаждение сочетаются в зависимости от потребностей приложения и конструкции объекта. Однако для организаций, стремящихся обеспечить соответствие своей инфраструктуры требованиям завтрашнего дня, инвестиции в жидкостное охлаждение являются стратегическим императивом.
Перспектива Gottogpower
В компании Gottogpower мы понимаем растущую сложность систем охлаждения центров обработки данных. Независимо от того, используете ли вы современные системы воздушного охлаждения или планируете переход на высокоэффективные жидкостные решения, наша команда инженеров поможет вам разработать масштабируемую и экономичную стратегию.
Мы предлагаем решения по электропитанию и охлаждению для гипермасштабных, корпоративных и периферийных развертываний с модульными конструкциями и интеллектуальными элементами управления, которые соответствуют как текущей производительности, так и будущему расширению.
Обратитесь к ГОТОВАЯ СИЛА сегодня и позвольте нашим инженерам порекомендовать оптимальное решение для вашей конкретной среды.
Давайте подготовим ваш центр обработки данных к будущему, начав с правильной стратегии охлаждения.