يزداد أداء محطة العمل وقدرة المعالج مع كل جيل جديد. وفقًا لذلك ، يجب أيضًا تغيير قدرات التبريد. على سبيل المثال ، في Intel Xeon E5-2687W (Haswell) v3i 10 نواة ، زادت الحزمة الحرارية من 150 إلى 160 واط مقارنة بسلفها Intel Xeon E5-2687W v2ii (Ivy Bridge). محطة العمل هذه مجهزة حاليًا بمعالجات 22 الأساسية. تتفاقم المشكلة من خلال استخدام نفس الحجم من منصات وحالات الأجهزة: الحلول الهندسية للتبريد في شكل مضغوط تصبح حاسمة بالنسبة للأداء والخصائص الصوتية للمنتج.
يتم توفير مستوى جديد من الأداء بشكل أساسي من خلال أحدث معالجات سلسلة Intel Xeon E5-2600 v4 مع دعم ما يصل إلى 22 نواة لكل منهما. تعد محطة العمل
Precision 7910 في حالة البرج حلاً لأحمال العمل التي تتطلب موارد حوسبة كبيرة (مهام تصور العمليات المعقدة
وأدوات النمذجة وتحليل كميات كبيرة من البيانات). يعمل نظام التبريد السائل من Dell على تقليل الضوضاء بنسبة 38٪.
مع تزايد الطلبات على عملية الحوسبة ، يصبح من الصعب بشكل متزايد تنظيم تبريد السعات المتزايدة. لحل هذه المشكلة ، طورت Dell نظامًا مبتكرًا مبردًا بالسوائل: تضاعفت إمكاناتها لتبديد الحرارة ثلاث مرات مقارنة بالحلول التقليدية ، وتم تحسين مستوى الضوضاء.
إن تبريد الهواء باستخدام أنابيب الحرارة ومشعات الألمنيوم يمكن الاعتماد عليه بما فيه الكفاية ، ولكنه يتطلب تدفق هواء كبير. بالنسبة له ، بدوره ، يحتاج إلى مراوح بسرعة دوران عالية. ومع ذلك ، فإنها تخلق ضوضاء قوية.
لتقليل سرعة المروحة ، وبالتالي مستوى الضوضاء ، من الضروري تحسين الأداء وتقليل متطلبات التبريد. يستخدم حل Dell التبريد السائل المبتكر الجانبي المبرد بالهواء ، والذي يعيد توزيع حجم الهيكل غير المستخدم لزيادة أداء المبرد وتقليل الضوضاء.
تبريد سائل لمحطة العمل Precision Tower 7910 من Dell.فيزياء محطات العمل المبردة بالسائل
لتقدير فوائد التبريد السائل ، من المهم فهم أساسيات ما يشكل حلًا عالي الأداء في هذا المجال. أي مشعاع مبرد بالهواء أو مبرد بالسائل له خاصية أساسية تسمى المقاومة الحرارية [R]. يتم قياسها بالدرجات لكل واط وهي دالة لدرجة حرارة الجهاز وقوته:
وسيلة الإيضاح:
بالنسبة لحالتنا الخاصة ، يشير Tj إلى درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية ، ويمثل Tamb درجة الحرارة المحيطة المحلية (عند مدخل المبرد المبرد). التشبيه الجيد هو تدفق المياه في الحوض. إذا تم اعتبار الماء الذي يدخل الحوض من الصنبور على أنه الطاقة الموردة ، فإن قيمة المقاومة R يتم تحديدها من خلال مدى إحكام إغلاق القابس (الحد الأدنى للفتح - قيم R العالية ، والفتح الكامل - قيم R الصغيرة) ، وترتبط دلتا T بمستوى الماء في الحوض .
كيف ترتبط درجة الحرارة بالمقاومة الحرارية. يمثل الماء في الحوض الطاقة.يتم تحديد العلاقة الرئيسية الثانية لأي جهاز تبريد من خلال كمية الطاقة في مادة امتصاص الحرارة لكل وحدة زمنية. يتم التعبير عن هذه العلاقة العابرة في المعادلة التالية:
إذا كان الجانب الأيسر من المعادلة يمثل النسبة بين الكثافة وحجم المبرد وقدرته الحرارية ، فإن اليمين هو تبادل الطاقة الداخلة من الرادياتير. هنا مرة أخرى ، يمكنك رسم تشابه مع الأحواض الكبيرة والصغيرة. مع دخول نفس الكمية من السوائل لكل منها (الطاقة) ، في حوض أكبر ، سيرتفع مستوى الماء (درجة الحرارة) بشكل أبطأ.
كيف ترتبط درجة الحرارة بالقدرة الحرارية.من المعادلتين 2 و 3 ، يمكنك تحديد الاختلاف في الكفاءة بين أي من حلول التبريد ومعرفة مدى اختلاف أدائها مع الوقت. على النحو التالي من المعادلة 3 ، بالنسبة للمواد ذات السعة الحرارية العالية (cf) ، سيكون التغير في درجة الحرارة كدالة للوقت (dT / dt) صغيرًا لنفس الطاقة المزودة. بالإضافة إلى ذلك ، من المعادلة 2 ، نعرف أن الزيادة المطلقة في درجة الحرارة مرتبطة مباشرة بالمقاومة الحرارية.
من هاتين العلاقتين الأساسيتين ، من الواضح أن المقاومة الحرارية المنخفضة والقدرة الحرارية العالية هما مفتاح الحد الأقصى لكفاءة التبريد. بعد ذلك ، ضع في اعتبارك هاتين الخاصيتين وكيفية ارتباطهما بالخصائص المقاسة لبرج Dell Precision Tower 7910.
توصيف محطة عمل مبردة بالسائل
وبالتالي ، تعتمد كفاءة التبريد على كل من السعة الحرارية [cp] والمقاومة الحرارية [R]. يمكن استخدام هذا للتحقق من تأثيرات التبريد السائل على محطة عمل Dell. نظرًا لأن السعة الحرارية لأي محلول تبريد هي المفتاح من وجهة نظر معدل التسخين في النظام ، من أجل فهم السرعة التي يجب أن تعمل بها المراوح ، فمن المهم مراعاة المواد المستخدمة في تكنولوجيا التبريد. يوضح الجدول التالي السعة الحرارية لمختلف المواد - من الأكثر فاعلية إلى الأقل:
يؤكد الجدول ما يعرفه معظم الناس بالفعل: الماء لديه قدرة حرارية أعلى بكثير من جميع المواد الأخرى تقريبًا. في الواقع ، مع الكتلة نفسها ، ستسخن المياه لمدة أطول أربع مرات من الألمنيوم ، وأكثر من عشر مرات أطول من النحاس.
نظرًا لأن الكفاءة لا تعتمد فقط على حرارة معينة [cp] ، يجب علينا أيضًا فهم العلاقة بين المقاومة الحرارية والأداء العام. في معظم المبردات ، يتم تحديد المقاومة [R] بشكل أساسي من خلال مساحة السطح وسرعة الهواء فوق مبرد التبريد. ببساطة ، كلما زادت مساحة سطح المبرد وسرعة الهواء ، كلما كان تبديد الحرارة أفضل.
استخدمت Dell هاتين الظاهرتين في تصميم برج التبريد السائل 7910 لزيادة الكفاءة وتقليل الضوضاء. لهذه الدراسة المحددة ، تم استخدام تكوين تضمن معالجين Xeon E5-2680 V3 بقدرة 160 واط ، وبطاقة NVidia K6000 ، ووحدات ذاكرة Hynix سعة 2 × 8 ومحرك أقراص ثابتة SATA سعة 1500 جيجابايت.
لزيادة احتمالية تخزين الحرارة وتقليل المقاومة الحرارية ، تم استخدام مشعات 110 × 92 مم ذات خزانات داخلية كبيرة. سمح ذلك للمهندسين بزيادة حجم السوائل في نظام التبريد ، وكذلك توسيع مساحة السطح في الحجم المتاح للإسكان.
بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام نهج مبتكر لتوزيع تدفق الهواء في النظام. يوضح الشكل أدناه تخطيط حل مبرد بالسائل في برج الدقة 7910.
تطهير الهواء من خلال الجدار الجانبي للإسكان.كما ترى ، يدخل هواء التبريد من الجزء الأمامي من النظام ويتم توفيره لكلا المعالجين. يمر تدفق الهواء من خلال المبرد ، حيث يتم تبادل الطاقة ، ويتم إزالة كل الحرارة الممتصة من وحدة المعالجة المركزية من السائل وإطلاقها في الغرفة خارج النظام. تتيح لك استراتيجية "العادم الجانبي" استخدام أقصر طريقة لإزالة الحرارة المتولدة ووضع مكونات نظام التبريد الفرعي بشكل أكثر كفاءة ، بالإضافة إلى تقليل سرعة المراوح (لأنها لا تحتاج إلى دفع الهواء على طول العلبة بالكامل).
لإجراء اختبار إضافي ، قارن برج Dell 7910 عابرات أثناء تبريد الهواء والسائل بنفس معدل تدفق الهواء. لتبسيط العلاقة بين جهد الحرارة المحدد [cp] والمقاومة الحرارية [R] للمبرد ، سنستخدم ثابت الوقت الحراري:
حيث يتم تعريف تاو على أنه الوقت المطلوب للوصول إلى 63 ٪ من إجمالي ارتفاع درجة الحرارة إلى حالة مستقرة. يتيح ثابت الوقت إمكانية القياس المادي لخصائص الحرارة والمقاومة الحرارية للمبرد وفقًا للمنهجية القياسية.
توضح الأشكال أدناه الاستجابة الزمنية لنظام تبريد وحدة المعالجة المركزية بالهواء والسائل مع TDP مرتفع. يوضح اختلاف درجة الحرارة بين الحللين ميزة المقاومة الحرارية بسبب استخدام مساحة كبيرة من المبرد في المبرد. يظهر التأخير بينهما الفرق في الثوابت الزمنية.
الخصائص الحرارية للتبريد السائل مقارنة بالهواء في محطة العمل T7910.كما ترون ، فإن الوقت اللازم لنظام التبريد السائل للوصول إلى درجة حرارة الهواء هو 97 ثانية: فهو أعلى بأكثر من 3 مرات من تبريد الهواء التقليدي (30 ثانية). كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يتم تقليل درجة الحرارة المطلقة بين تبريد الهواء والسائل بمقدار 5 درجات ، مما يشير إلى زيادة في الأداء بنسبة 12 بالمائة.
ماذا يعني كل هذا لمستخدم محطة العمل Tower 7910؟ يعمل نظام التبريد بالسوائل بسرعة مروحة أقل بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح أدناه ، مع الحفاظ على الحمل ودرجة حرارة وحدة المعالجة المركزية الثابتة ، فإن سرعة مروحة المعالج 1 أكثر من 2000 دورة في الدقيقة ، في حين أن سرعة مروحة المعالج 2 أعلى قليلاً من 500 دورة في الدقيقة.
تم قياس المعلمات الصوتية لسيناريوهين. الأول هو امتداد للتحليل المعروض سابقًا لـ TDP ، بينما فحصت حالة الاختبار الثانية السيناريو الخاص بمستخدمي CAD. تم تحديد الاستجابة الصوتية للنظام عند الحمل الأقصى (160 واط من طاقة المعالج). يوضح الشكل الاستجابة المؤقتة للنظام تحت هذا الحمل لتبريد السائل والهواء. كما يتبين ، لوحظ وجود فارق كبير في الاستجابة الصوتية بينهما. كمرجع ، مستوى الضوضاء 30 ديسيبل يعادل الصمت في المكتبة ، و 45 ديسيبل لغرفة اجتماعات كاملة.
يتضح من الاختبار أن الوقت الإجمالي للحالة الصوتية الثابتة لتبريد الهواء هو 40 ثانية ، وللسائل - أكثر من 200 ثانية. بالإضافة إلى ذلك ، عن طريق أخذ العينات ، يمكن تحليل المزايا المرتبطة باستخدام التبريد السائل. يوضح الجدول أدناه خطوة أخذ العينات لمدة 25 ثانية والخصائص الصوتية في كل نقطة زمنية. كما يتبين من البيانات في فاصل زمني مدته 50 ثانية ، فإن الفرق الصوتي بين تبريد السائل والهواء يبلغ تقريبًا 10 ديسيبل ، وعند الاقتراب من علامة 125 ثانية - 5 ديسيبل. تشير هذه النتيجة إلى أن السعة الحرارية للسائل توفر ميزة صوتية مع مرور الوقت.
مقارنة الأنظمة مع تبريد الهواء والسائل أثناء أخذ العينات.الحالة الثانية قيد التحقيق هي اختبار باستخدام برنامج CAD الشهير (3D CAD). بالنسبة لهذا التطبيق ، استخدمنا برنامجًا نصيًا للاختبار نفذ إجراءات عامة: التحريك والتكبير / التصغير والتدوير وإنشاء الأجزاء والتجميع وما إلى ذلك. تم قياس قوة المعالج والحمل كدالة للوقت. يوضح الشكل الأول التفاوت في حمل وحدة المعالجة المركزية فيما يتعلق بالوقت ، بالإضافة إلى النسبة المئوية من الطاقة القصوى المقاسة. يوضح تطبيق الحمل المتغير النموذجي هذا الإمكانات الكبيرة لحل التبريد عالي السعة الحرارية ، مثل التبريد السائل.
يوضح الشكل أدناه الفاصل الزمني من 250 إلى 500 ثانية. في هذا الفاصل الزمني لسيناريو الاختبار ، يمكن ملاحظة أن الحمل له حد أقصى محلي يقترب من 70 ٪ من الطاقة القصوى المقاسة. في الوقت نفسه ، فإن الحد الأدنى المحلي يقترب من 35 ٪ من الطاقة القصوى المقاسة.
يجب أن تمتص السعة الحرارية العالية للتبريد السائل هذه القمم دون تسريع المروحة بالسرعة نفسها مع تبريد الهواء. لمزيد من التحليل للفرق في ضغط الصوت بين النظامين ، تم تحديد البيانات الصوتية في خطوات زمنية منفصلة.
يوضح الشكل اعتماد ضغط الصوت على الوقت بين تبريد الهواء والسائل. توضح البيانات بوضوح فوائد LSS لمستخدم محطة العمل. في هذه الحالة ، لا يتجاوز التبريد السائل 28 ديسيبل في مستوى الضوضاء ، ويصل نظام الهواء إلى ذروة أكثر من 40 ديسيبل.
باستخدام البيانات في الشكل ، تم تحديد متوسط معدل التغيير للتبريد السائل بـ 0.054 ديسيبل / ثانية ، بينما بالنسبة لنظام تبريد الهواء كان هذا الرقم 0.38 ديسيبل / ثانية. في LSS ، كان معدل التغيير في فاصل 250 ثانية أقل بنسبة 86٪.
الاستنتاجات
توضح الدراسة فوائد صوتية كبيرة لعملاء محطات عمل Dell Precision مع حل التبريد السائل Precision Tower 7910 من Dell ، وتتضح هذه الفوائد في كل من الأحمال الحرارية الثقيلة والعمليات التفاعلية النموذجية. في كلا السيناريوهين ، قدمت السعة الحرارية الطبيعية للسائل زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في الوقت المطلوب للوصول إلى أقصى سرعة للمروحة مقارنة بأفضل تبريد هواء في فئته. وبالنسبة لتطبيقات الحمل المتغير ، اكتسبت الاستجابة الصوتية العابرة 10 ديسيبل.
وبالتالي ، يمكن
للتبريد السائل أن يجعل
محطة العمل Tower 7910 أكثر هدوءًا بشكل كبير - سواء للمهندسين أو لمستخدمي CAD التقليديين ، ولأولئك الذين يعملون مع تطبيقات الحوسبة المكثفة (على سبيل المثال ، يشاركون في النمذجة والتحليل).