Vollständiges Eintauchen: Wie kühlen wir ASIC-Chips bei Bitfury?

Wir zeigen Ihnen, wie die Technologie von Tauchkühlgeräten in Rechenzentren funktioniert. Lassen Sie uns über unsere Lösung sprechen, die in Zusammenarbeit mit der Tochtergesellschaft von Allied Control entwickelt wurde, und Beispiele für andere "flüssige" Möglichkeiten nennen, um die Temperatur der Chips zu senken.


/ Bitfury

Warum neue Kühltechnologien benötigt werden

Laut der Zeitschrift Nature verbrauchen alle Rechenzentren der Welt jährlich etwa 200 TWh Strom. Dieser Betrag ist vergleichbar mit dem Stromverbrauch einiger einzelner Länder wie Australien. Rechenzentren sind auch einer der wichtigsten Umweltschadstoffe. Sie machen 0,3% der weltweiten CO2-Emissionen aus. Die Zahl scheint klein zu sein, aber die gleiche Menge Kohlendioxid wird von den Flugzeugen aller Fluggesellschaften der Welt „ erzeugt “.

Fast die Hälfte des Energieverbrauchs von Rechenzentren wird für die Kühlung der Serverhardware aufgewendet . Aus diesem Grund entwickeln viele Unternehmen Technologien, die den "Stromverbrauch" senken und die Effizienz von Klimaanlagen steigern sollen.

Bitfury ist ebenfalls an diesem Problem beteiligt. Zusammen mit einer Tochtergesellschaft von Allied Control haben wir ein zweiphasiges Tauchkühlsystem entwickelt . Es wurde für den Betrieb in hoch ausgelasteten Rechenzentren entwickelt, die während der Verarbeitung großer Datenmengen große Mengen Strom verbrauchen (z. B. Bergbaubetriebe).

Das System verbraucht weniger Strom und benötigt weniger Platz als herkömmliche Klimaanlagen zur Kühlung der Luft. Dies liegt an der Tatsache, dass Leiterplatten, die zum Kühlen nach dem Eintauchverfahren ausgelegt sind, keine Heizkörper aufweisen. Komponenten darauf können dichter platziert werden.

Da die Server (in unserem Fall ASIC-Chips) in Flüssigkeit getaucht sind, wird das Rechenzentrum fast geräuschlos. Solche Kühlsysteme helfen dem Rechenzentrum, den Mitarbeitern komfortablere Arbeitsbedingungen zu bieten. In unserem Rechenzentrum mit einer Leistung von 45 MW in Georgia wurde eine Tauchkühlung implementiert. Dies ist heute eine der größten Implementierungen der Tauchkühlung. Wir haben ein kurzes Video vorbereitet, in dem wir über die Fähigkeiten des Kühlsystems sprechen:

Wie die Lösung funktioniert

Die Serverausrüstung befindet sich in großen Tanks, die Aquarien ähneln. Sie sind mit 3M Novec 7100 Spezialflüssigkeit gefüllt. Es leitet keinen Strom, brennt nicht, gibt keine Giftstoffe ab und schadet den Servern nicht. Aus diesem Grund werden Flüssigkeiten der Marke 3M auch als „trockenes Wasser“ bezeichnet.

Die Gerätekühlung erfolgt in zwei Schritten. Die Chips erwärmen sich und erzeugen Wärme, Novec-Flüssigkeit kocht und wird zu Dampf. Dämpfe steigen zur Spule des Kondensators auf, die die Form einer Schraubenfeder hat.


Dann beginnt die zweite Phase - die Spule (sie hat selbst Wasserkühlung) wandelt den Dampf in Flüssigkeit um und fließt zurück in den Tank. Der Kondensationsprozess nimmt sehr wenig Zeit in Anspruch, da der Novec 7100 nur bei 61 ° C siedet. Dieser Ansatz spart bis zu 95% Energie bei minimalem Flüssigkeitsverlust.

Mit dem neuen Kühlsystem können Sie den PUE-Koeffizienten des Rechenzentrums auf 1,02 reduzieren und die Dichte der Geräte erhöhen - für Kühlanlagen wird kein zusätzlicher Platz benötigt. Das "Kühlsystem" selbst übernimmt die Rolle eines Racks und bewältigt effektiv 40 Megawatt Rechenleistung (252 kW pro Rack) ohne übermäßigen Stromverbrauch.

Alternative Kühlmethoden

Wie gesagt, die Entwicklung von Tauchkühlsystemen in vielen globalen Unternehmen. Eine beliebte Technologie ist das Eintauchen von Geräten in Mineralöl, das überschüssige Wärme abführt. Eine solche Lösung wird beispielsweise von Green Revolution Cooling verwendet. Sie verwenden eine transparente Mischung aus ElectroSafe- Mineralölen als Wärmeübertragungsflüssigkeit. Laut den Autoren des Projekts ist ein solcher Ansatz tausendmal effizienter als die Luftkühlung, und die Systemkapazität erreicht 100 kW pro Rack.

Das Funktionsprinzip der Ölsysteme ähnelt dem von Bitfury, nur zur Wärmeabfuhr werden hier zusätzliche Pumpen zur Kältemittelübertragung benötigt (Öl ist viskoser als Wasser). In unserem System erfolgt die Zirkulation von "trockenem Wasser" aufgrund der beim Betrieb von ASIC-Chips erzeugten Wärme passiv.

Es gibt aber auch Ansätze, bei denen das Rechenzentrum vollständig überflutet ist und in den Ozean stürzt. In diesem Fall gelangt Wasser durch spezielle Rohre in die Heizkörper der Späne und leitet überschüssige Wärme ab. Die verbrauchte Flüssigkeit gelangt zurück in den Vorratsbehälter. Dies schadet dem Ökosystem jedoch nicht wesentlich - das Wasser rund um das untergetauchte Rechenzentrum wird nur um einige Tausendstel Grad Celsius erwärmt.

Der erste Prototyp eines solchen Rechenzentrums wurde vor fünf Jahren vor der kalifornischen Küste im Pazifik " überflutet ". Er arbeitete 105 Tage ohne Unterbrechung. In diesem Jahr schickte das Unternehmen das zweite experimentelle Rechenzentrum nach unten. Der Tauchgang fand in der Nähe der Orkney-Inseln statt , 16 km von Schottland entfernt. Gemäß dem Plan sollte das Rechenzentrum fünf Jahre lang arbeiten. Wenn alles gut geht, wird das Rechenzentrum „Kampf“, mit dem echte Probleme gelöst werden, unter Wasser gehen.

Der Hauptnachteil des Ansatzes ist die Schwierigkeit, die Infrastruktur zu reparieren und zu aktualisieren. Ein solches Rechenzentrum ist auch anfällig für Korrosion und Meeresangriffe. Das Unternehmen arbeitet jedoch daran, diese Probleme zu lösen.

Wir sind davon überzeugt, dass aufgrund der steigenden Strompreise und der Notwendigkeit, in Zukunft neue umweltfreundliche Technologien einzuführen, immer mehr Unternehmen mit der Einführung von Tauchkühlsystemen beginnen werden. Der Trend wurde bereits skizziert und wird sich im Laufe der Zeit immer weiter entwickeln.

PS Unser erster Habrapost auf Englisch: Wie Exonum von Eisen zu Actix-Web wechselte .