डेल प्रेसिजन T7910 ग्राफिक स्टेशन के साथ तरल ठंडा

प्रत्येक नई पीढ़ी के साथ वर्कस्टेशन प्रदर्शन और प्रोसेसर शक्ति में वृद्धि। तदनुसार, शीतलन क्षमताओं को भी बदलना चाहिए। उदाहरण के लिए, 10-कोर इंटेल Xeon E5-2687W (हैसवेल) v3i में, थर्मल पैकेज अपने 8-कोर पूर्ववर्ती इंटेल Xeon E5-2687W v2ii (आइवी ब्रिज) की तुलना में 150 से 160 डब्ल्यू तक बढ़ गया। यह कार्य केंद्र वर्तमान में 22-कोर प्रोसेसर से लैस है। हार्डवेयर प्लेटफार्मों और मामलों की समान मात्रा के उपयोग से समस्या बढ़ जाती है: उत्पाद के प्रदर्शन और ध्वनिक विशेषताओं के लिए एक कॉम्पैक्ट रूप कारक में ठंडा करने के लिए इंजीनियरिंग समाधान महत्वपूर्ण हो जाते हैं।

प्रत्येक X के लिए 22 कोर के समर्थन के साथ इंटेल Xeon E5-2600 v4 श्रृंखला के दो सबसे आधुनिक प्रोसेसर द्वारा प्रदर्शन का एक नया स्तर प्रदान किया गया है। टॉवर मामले में प्रेसिजन 7910 वर्कस्टेशन बड़े कंप्यूटिंग संसाधनों (जटिल प्रक्रियाओं को देखने के कार्य, मॉडलिंग टूल और डेटा की बड़ी मात्रा के विश्लेषण के कार्यों) की आवश्यकता वाले वर्कलोड के लिए एक समाधान है। डेल के तरल शीतलन प्रणाली से 38% शोर में कमी आती है।


कंप्यूटिंग प्रक्रिया पर बढ़ती मांगों के साथ, बढ़ती क्षमताओं के शीतलन को व्यवस्थित करना तेजी से कठिन हो जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, डेल ने एक अभिनव तरल-ठंडा प्रणाली विकसित की है: इसकी गर्मी अपव्यय क्षमता पारंपरिक समाधानों की तुलना में तीन गुना हो गई है, और शोर स्तर को अनुकूलित किया गया है।

गर्मी पाइप और एल्यूमीनियम रेडिएटर्स का उपयोग करके एयर कूलिंग पर्याप्त विश्वसनीय है, लेकिन इसके लिए महत्वपूर्ण एयरफ्लो की आवश्यकता होती है। उसके लिए, बदले में, रोटेशन की उच्च गति वाले प्रशंसकों की आवश्यकता होती है। हालांकि, वे मजबूत शोर पैदा करते हैं।

प्रशंसक गति को कम करने के लिए और, परिणामस्वरूप, शोर का स्तर, प्रदर्शन को अनुकूलित करना और शीतलन आवश्यकताओं को कम करना आवश्यक है। डेल के समाधान में अभिनव पार्श्व एयर-कूल्ड तरल कूलिंग का उपयोग किया गया है, जो कूलर के प्रदर्शन को अधिकतम करने और शोर को कम करने के लिए अप्रयुक्त चेसिस वॉल्यूम का पुनर्वितरण करता है।


डेल प्रेसिजन टॉवर 7910 कार्य केंद्र को ठंडा करने वाला तरल।

लिक्विड-कूल्ड वर्कस्टेशन फिजिक्स

तरल शीतलन के लाभों की सराहना करने के लिए, इस क्षेत्र में एक उच्च-प्रदर्शन समाधान का गठन करने की मूल बातें समझना महत्वपूर्ण है। किसी भी एयर-कूल्ड या लिक्विड-कूल्ड रेडिएटर में थर्मल रेजिस्टेंस [R] नामक एक बुनियादी गुण होता है। इसे प्रति वाट डिग्री में मापा जाता है और यह उपकरण के तापमान और शक्ति का एक कार्य है:



लीजेंड:



हमारे विशिष्ट मामले के लिए, टीजे सीपीयू के तापमान को संदर्भित करता है, और टैम्ब स्थानीय परिवेश तापमान (शीतलन रेडिएटर के प्रवेश द्वार पर) का प्रतिनिधित्व करता है। एक अच्छा सादृश्य एक सिंक में बहता पानी होगा। यदि नल से सिंक में प्रवेश करने वाले पानी को आपूर्ति की गई शक्ति के रूप में माना जाता है, तो प्रतिरोध मूल्य आर निर्धारित किया जाता है कि प्लग को कसकर बंद कैसे किया जाता है (न्यूनतम आर - उच्च आर मान, पूरी तरह से खुला - छोटे आर मान), और डेल्टा टी सिंक में जल स्तर से संबंधित है ।


तापमान थर्मल प्रतिरोध से कैसे संबंधित है। सिंक में पानी ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है।

किसी भी शीतलन उपकरण के लिए दूसरा मुख्य संबंध प्रति यूनिट समय में गर्मी सिंक सामग्री में ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होता है। यह क्षणिक संबंध निम्नलिखित समीकरण में व्यक्त किया गया है:



यदि समीकरण के बाईं ओर घनत्व, रेडिएटर की मात्रा और इसकी गर्मी क्षमता के बीच अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है, तो दाईं ओर रेडिएटर से प्रवेश करने वाली ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है। यहां फिर से, आप बड़े और छोटे सिंक के साथ एक सादृश्य आकर्षित कर सकते हैं। तरल के समान मात्रा में उनमें से प्रत्येक (शक्ति) में प्रवेश करने के साथ, एक बड़े सिंक में, जल स्तर (तापमान) अधिक धीरे-धीरे बढ़ेगा।


तापमान का संबंध ऊष्मा क्षमता से कैसे होता है।

समीकरण 2 और 3 से, आप किसी भी दो शीतलन समाधानों के बीच दक्षता में अंतर निर्धारित कर सकते हैं और देख सकते हैं कि उनका प्रदर्शन समय के साथ कैसे बदलता है। जैसा कि उच्च ताप क्षमता (cf) वाली सामग्री के लिए समीकरण 3 से निम्नानुसार है, एक ही आपूर्ति की गई शक्ति के लिए समय (dT / dt) के कार्य के रूप में तापमान में परिवर्तन छोटा होगा। इसके अलावा, समीकरण 2 से हम जानते हैं कि तापमान में पूर्ण वृद्धि सीधे थर्मल प्रतिरोध से संबंधित है।

इन दो मौलिक संबंधों से, यह स्पष्ट है कि कम तापीय प्रतिरोध और उच्च गर्मी क्षमता अधिकतम शीतलन दक्षता की कुंजी है। इसके बाद, इन दो गुणों पर विचार करें और वे डेल प्रिसिजन टॉवर 7910 की मापित विशेषताओं से कैसे संबंधित हैं।

एक तरल-ठंडा कार्य केंद्र की विशेषता

इस प्रकार, शीतलन दक्षता गर्मी क्षमता [cp] और तापीय प्रतिरोध [R] दोनों पर निर्भर करती है। इसका उपयोग डेल वर्कस्टेशन पर तरल शीतलन के प्रभावों की जांच के लिए किया जा सकता है। चूंकि किसी भी शीतलन समाधान की गर्मी क्षमता प्रणाली की हीटिंग दर के दृष्टिकोण से महत्वपूर्ण है, यह समझने के लिए कि प्रशंसकों को कितनी तेजी से काम करना चाहिए, शीतलन प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को ध्यान में रखना आवश्यक है। निम्न तालिका विभिन्न सामग्रियों की गर्मी क्षमता को दर्शाती है - सबसे प्रभावी से कम से कम:



तालिका पुष्टि करती है कि ज्यादातर लोग पहले से ही क्या जानते हैं: पानी में लगभग सभी अन्य सामग्रियों की तुलना में काफी अधिक गर्मी क्षमता होती है। वास्तव में, एक ही द्रव्यमान के साथ, पानी एल्यूमीनियम की तुलना में चार गुना अधिक गर्म होगा, और तांबे की तुलना में दस गुना अधिक होगा।

चूंकि दक्षता न केवल विशिष्ट गर्मी [cp] पर निर्भर करती है, हमें थर्मल प्रतिरोध और समग्र प्रदर्शन के बीच संबंध को भी समझना चाहिए। अधिकांश कूलर में, प्रतिरोध [R] मुख्य रूप से शीतलन रेडिएटर के ऊपर सतह क्षेत्र और वायु वेग द्वारा निर्धारित किया जाता है। सीधे शब्दों में कहें, कूलर की सतह का क्षेत्रफल और हवा की गति जितनी बड़ी होगी, उतनी ही बेहतर गर्मी का अपव्यय होगा।

डेल ने अपने लिक्विड कूल्ड टॉवर 7910 डिज़ाइन में इन दोनों घटनाओं को दक्षता को अधिकतम करने और शोर को कम करने के लिए उपयोग किया। इस विशिष्ट अध्ययन के लिए, एक कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया गया था जिसमें दो 160W Xeon E5-2680 V3 प्रोसेसर, एक NVidia K6000 कार्ड, 2 x 8 GB Hynix मेमोरी मॉड्यूल और 1500 GB SATA हार्ड ड्राइव शामिल थे।



ताप भंडारण क्षमता को अधिकतम करने और थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए, बड़े आंतरिक टैंकों के साथ 110 x 92 मिमी रेडिएटर का उपयोग किया गया था। इसने इंजीनियरों को शीतलन प्रणाली में द्रव की मात्रा बढ़ाने की अनुमति दी, साथ ही आवास की उपलब्ध मात्रा में सतह क्षेत्र का विस्तार किया।



इसके अलावा, सिस्टम में वायु प्रवाह के वितरण के लिए एक अभिनव दृष्टिकोण का उपयोग किया गया था। नीचे दिया गया आंकड़ा एक प्रेसिजन टॉवर 7910 में तरल-ठंडा समाधान के लेआउट को दिखाता है।


आवास की साइड की दीवार के माध्यम से हवा का शुद्धिकरण।

जैसा कि आप देख सकते हैं, शीतलन वायु प्रणाली के सामने से प्रवेश करती है और दोनों प्रोसेसर को आपूर्ति की जाती है। वायु प्रवाह एक रेडिएटर के माध्यम से गुजरता है, जहां ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है, और सीपीयू से सभी अवशोषित गर्मी को तरल से हटा दिया जाता है और सिस्टम के बाहर कमरे में जारी किया जाता है। "साइड एग्जॉस्ट" की यह रणनीति आपको उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए सबसे छोटे तरीके का उपयोग करने की अनुमति देती है और अधिक कुशलता से कूलिंग सबसिस्टम के घटकों को रखती है, साथ ही प्रशंसकों की गति को कम करती है (क्योंकि उन्हें मामले की पूरी लंबाई के साथ हवा चलाने की आवश्यकता नहीं है)।



आगे के परीक्षण के लिए, डेल टॉवर 7910 में हवा और तरल प्रवाह के दौरान समान वायु प्रवाह दर पर ग्राहकों की तुलना की गई। विशिष्ट गर्मी क्षमता [cp] और कूलर के थर्मल प्रतिरोध [R] के बीच संबंधों को सरल बनाने के लिए, हम थर्मल पावर स्थिरांक का उपयोग करेंगे:



जहां ताऊ को एक स्थिर अवस्था में कुल तापमान वृद्धि के 63% तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया गया है। समय की निरंतरता मानक पद्धति के अनुसार कूलर की विशिष्ट गर्मी और थर्मल प्रतिरोध की विशेषताओं को शारीरिक रूप से मापना संभव बनाती है।

नीचे दिए गए आंकड़े उच्च टीडीपी के साथ एक हवा और तरल कूल्ड सीपीयू सिस्टम के लिए समय प्रतिक्रिया दिखाते हैं। दो समाधानों के बीच तापमान का अंतर शीतलक में रेडिएटर के एक बड़े सतह क्षेत्र के उपयोग के कारण थर्मल प्रतिरोध का लाभ दिखाता है। उनके बीच की देरी समय स्थिरांक में अंतर दिखाती है।




T7910 कार्य केंद्र में हवा की तुलना में तरल शीतलन की थर्मल विशेषताओं।

जैसा कि आप देख सकते हैं, हवा के तापमान ताऊ तक पहुंचने के लिए तरल शीतलन प्रणाली के लिए आवश्यक समय 97 सेकंड है: यह पारंपरिक वायु शीतलन (30 सेकंड) से 3 गुना अधिक है। जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है, हवा और तरल शीतलन के बीच पूर्ण तापमान 5 ° से कम हो जाता है, जो प्रदर्शन में 12 प्रतिशत वृद्धि का संकेत देता है।

टॉवर 7910 वर्कस्टेशन उपयोगकर्ता के लिए यह सब क्या मतलब है? एक लिक्विड-कूल्ड सिस्टम बहुत कम पंखे की गति से काम करेगा। इसके अलावा, जैसा कि नीचे देखा जा सकता है, लोड और निरंतर सीपीयू तापमान को बनाए रखते हुए, प्रोसेसर 1 के प्रशंसक की गति 2000 आरपीएम से अधिक है, जबकि प्रोसेसर 2 के प्रशंसक की गति 500 ​​आरपीएम से थोड़ी अधिक है।



ध्वनि मापदंडों को दो परिदृश्यों के लिए मापा गया था। पहला TDP के लिए पहले प्रस्तुत किए गए विश्लेषण का एक विस्तार है, जबकि दूसरे परीक्षण मामले ने CAD उपयोगकर्ताओं के लिए विशिष्ट परिदृश्य की जांच की। सिस्टम की ध्वनिक प्रतिक्रिया अधिकतम लोड (प्रोसेसर शक्ति का 160 वाट) पर निर्धारित की गई थी। यह आंकड़ा तरल और वायु शीतलन के लिए इस भार के तहत प्रणाली की क्षणिक प्रतिक्रिया दर्शाता है। जैसा कि देखा जा सकता है, उनके बीच ध्वनिक प्रतिक्रिया में एक महत्वपूर्ण अंतराल मनाया जाता है। संदर्भ के लिए, 30 डीबीए का एक शोर स्तर पुस्तकालय में मौन के बराबर है, और 45 डीबीए एक पूर्ण सम्मेलन कक्ष के लिए।



परीक्षण से यह स्पष्ट हो जाता है कि वायु शीतलन के लिए एक स्थिर ध्वनिक स्थिति का कुल समय 40 सेकंड है, और तरल के लिए - 200 से अधिक सेकंड। इसके अलावा, नमूने द्वारा, तरल शीतलन के उपयोग से जुड़े फायदे का विश्लेषण किया जा सकता है। नीचे दी गई तालिका में प्रत्येक बिंदु पर 25 सेकंड और ध्वनिक विशेषताओं का नमूना चरण दिखाया गया है। जैसा कि 50-सेकंड के समय के अंतराल पर डेटा से देखा जा सकता है, तरल और वायु शीतलन के बीच ध्वनिक अंतर लगभग 10 डीबी है, और 125-सेकंड के निशान - 5 डीबी के पास पहुंचने पर। यह परिणाम इंगित करता है कि तरल पदार्थ की गर्मी क्षमता समय के साथ एक ध्वनिक लाभ प्रदान करती है।


नमूने के दौरान हवा और तरल शीतलन के साथ सिस्टम की तुलना।

जांच के तहत दूसरा मामला लोकप्रिय सीएडी सॉफ्टवेयर (3 डी सीएडी) के साथ एक परीक्षण है। इस एप्लिकेशन के लिए, हमने एक परीक्षण स्क्रिप्ट का उपयोग किया जो सामान्य क्रियाएं करता था: पैन, ज़ूम, रोटेट, पार्ट्स, असेंबली, आदि बनाना। प्रोसेसर पावर और लोड को समय के एक फ़ंक्शन के रूप में मापा गया था। पहला आंकड़ा समय के संबंध में सीपीयू लोड की असमानता को दर्शाता है, साथ ही अधिकतम मापा शक्ति का% भी है। यह विशिष्ट चर भार आवेदन उच्च ताप क्षमता वाले शीतलन समाधान की महान क्षमता को दर्शाता है, जैसे कि तरल शीतलन।





नीचे दिया गया आंकड़ा 250 से 500 सेकंड के समय अंतराल का विवरण देता है। परीक्षण परिदृश्य के इस अंतराल में, यह देखा जा सकता है कि लोड में स्थानीय अधिकतम मापा शक्ति का 70% है। इसी समय, स्थानीय मिनीमा अधिकतम मापा शक्ति के 35% के करीब है।

तरल शीतलन की उच्च गर्मी क्षमता को पंखे को तेज करने के बिना इन चोटियों को अवशोषित करना चाहिए जैसे कि हवा को ठंडा करना। दो प्रणालियों के बीच ध्वनि दबाव में अंतर के आगे के विश्लेषण के लिए, असतत समय चरणों में ध्वनिक डेटा निर्धारित किए गए थे।

आंकड़ा हवा और तरल शीतलन के बीच समय पर ध्वनि दबाव की निर्भरता को दर्शाता है। डेटा स्पष्ट रूप से एक वर्कस्टेशन उपयोगकर्ता के लिए एलएसएस के लाभों का वर्णन करता है। इस मामले में, शोर स्तर में तरल शीतलन 28 dBA से अधिक नहीं होता है, और एक वायु प्रणाली 40 dBA से अधिक के शिखर तक पहुंच जाती है।

आंकड़े में डेटा का उपयोग करते हुए, तरल शीतलन के लिए परिवर्तन की औसत दर 0.054 dBA / s के रूप में निर्धारित की गई थी, जबकि एक एयर-कूल्ड सिस्टम के लिए यह आंकड़ा 0.38 dBA / s था। LSS में, 250 सेकंड के अंतराल में परिवर्तन की दर 86% कम थी।

निष्कर्ष

अध्ययन डेल प्रिसिजन टॉवर 7910 लिक्विड कूलिंग सॉल्यूशन के साथ डेल प्रिसिजन वर्कस्टेशन के ग्राहकों के लिए महत्वपूर्ण ध्वनिक लाभों को प्रदर्शित करता है। ये फायदे गंभीर थर्मल भार और विशिष्ट इंटरैक्टिव ऑपरेशंस दोनों में स्पष्ट हैं। दोनों परिदृश्यों के लिए, तरल की प्राकृतिक गर्मी क्षमता ने सर्वश्रेष्ठ-इन-क्लास एयर कूलिंग की तुलना में अधिकतम प्रशंसक गति तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय में तीन गुना वृद्धि प्रदान की। और परिवर्तनीय भार अनुप्रयोगों के लिए, क्षणिक ध्वनिक प्रतिक्रिया ने 10 डीबी प्राप्त की है।

इस प्रकार, तरल शीतलन टॉवर 7910 कार्य केंद्र को काफी शांत बना सकता है - दोनों इंजीनियरों या पारंपरिक सीएडी उपयोगकर्ताओं के लिए, और उन लोगों के लिए जो गहन कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के साथ काम करते हैं (उदाहरण के लिए, वे मॉडलिंग और विश्लेषण में लगे हुए हैं)।