방대한 데이터 처리량과 연산은 인공지능과 빅데이터와 같은 신흥 기술인 데이터 센터에 전례 없는 에너지 및 냉각 문제를 제기합니다. 한편으로는 서버와 같은 IT 기기의 컴퓨팅 및 스토리지 전력 소비가 극도로 높고, 다른 한편으로는 데이터 센터에서 IT 장비를 냉각하는 데 사용되는 전력 소비도 빠르게 증가하고 있습니다.
CCID 컨설팅의 통계에 따르면, 2019년 중국 데이터 센터 에너지 소비량의 약 43%가 IT 장비 냉각에 사용되었으며, 이는 기본적으로 IT 장비 자체의 45%의 에너지 소비량과 동일합니다. 데이터 센터의 운영 비용을 제어하고 에너지 소비를 줄이며 환경 친화적인 데이터 센터를 구축하려면 방열의 전력 소비를 줄이는 것이 필수적입니다.
개별 캐비닛의 전력 밀도가 증가함에 따라 기존의 공기 냉각 방식으로는 더 이상 방열 요구 사항을 충족할 수 없게 되었고 액체 냉각 기술이 등장했습니다.
액체 냉각 방열이란 무엇입니까?
액체 냉각은 공기 대신 액체를 냉매로 사용하여 열을 교환하여 전자 부품을 가열하고 열을 제거하는 기술을 말합니다.
액체 냉각 열 발산은 어떻게 분류됩니까?
일반적으로 업계에서는 액체 냉각을 직접 냉각과 간접 냉각으로 구분합니다. 현재 직접 냉각은 주로 침지 액체 냉각 기술을 통해 달성되며, 이는 상변화와 비상변화의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 간접 냉각은 주로 콜드 플레이트 액체 냉각 기술을 통해 달성됩니다.
침지 액체 냉각
가열 소자를 냉각수에 직접 담그고 액체의 순환에 의존하여 서버와 같은 장비의 작동으로 발생하는 열을 제거합니다. 침지 액체 냉각은 전형적인 직접 접촉 액체 냉각입니다. 가열 소자와 냉각수가 직접 접촉하기 때문에 방열 효율이 높고 소음이 낮습니다.
전체 침지 액체 냉각 시스템은 실내 측면 순환과 실외 측면 순환의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.
실내 측면 순환 과정에서 냉각수는 폐쇄된 챔버에서 가열 장치와 열을 교환하고 가열 장치로부터 열을 흡수하여 가열되고 끓어 냉각 가스를 형성합니다. 냉각 가스는 액체 냉각 열 교환 모듈(CDM)에서 실내 외부의 저온수와 열을 교환하고 응축과 냉각의 두 가지 공정을 거쳐 저온 냉각수가 된 다음 폐쇄된 챔버로 다시 들어가 사이클을 형성합니다. 상변화 침지 액체 냉각 챔버의 내부 순환에서의 열 전달은 주로 냉각수의 상변화를 통해 달성됩니다.
실외 순환에서 저온수는 액체 냉각 열교환 모듈에서 기체 냉각수가 운반하는 많은 양의 열을 흡수하여 고온수가 되고, 순환수 펌프에 의해 실외 냉각탑으로 입력됩니다. 냉각탑에서 고온수는 대기와 열교환을 하고 열을 방출하여 저온수가 되고, 실외측 유입수 펌프에 의해 CDM으로 수송되어 기체 냉각수와 열교환을 하여 실외 순환을 완료합니다. 심실외 순환에서의 열전달은 주로 수온의 상승과 하강을 통해 이루어집니다.
침지 액체 냉각은 2상 액체 냉각과 단상 액체 냉각으로 나눌 수 있으며, 방열 방법으로는 건식 쿨러와 냉각탑을 사용할 수 있습니다.
2상 액체 냉각
냉각수는 순환 열 발산 중에 상 전이를 겪습니다. 2상 액체 냉각의 열 전달 효율은 더 높지만 제어는 비교적 복잡합니다. 상 변화 과정에서 압력이 변하여 용기에 대한 높은 요구 사항이 필요하고 냉각수는 사용 중에 오염되기 쉽습니다.
단상 액체 냉각
냉각수는 순환 열 발산 과정 동안 항상 액체 상태를 유지하며 상변화를 겪지 않습니다. 따라서 냉각수의 비등점이 높아야 합니다. 이를 통해 냉각수의 증발 및 손실을 비교적 쉽게 제어할 수 있으며 IT 장비 구성 요소와의 호환성이 좋습니다. 그러나 2상 액체 냉각에 비해 효율이 낮습니다. 실제 적용 시나리오에 따르면 건식 쿨러 또는 냉각탑을 사용하여 열을 발산할 수 있습니다.
냉각판 액체 냉각
서버의 주 가열 장치에 액체 냉각 냉각판을 고정하고 냉각판을 흐르는 액체를 사용하여 열을 제거하여 방열의 목적을 달성합니다. 액체 냉각 냉각판은 서버에서 발열이 많은 구성 요소의 열 발산을 해결하는 반면, 다른 방열판 구성 요소도 공랭에 의존합니다. 따라서 콜드 플레이트 액체 냉각을 사용하는 서버는 가스-액체 듀얼 채널 서버라고도 합니다. 콜드 플레이트의 액체는 냉각 장치와 접촉하지 않으며, 높은 안전성을 위해 중앙에 열 전달 판을 사용합니다.
스프레이 액체 냉각
섀시 상단에 액체를 저장하고 구멍을 뚫습니다. 가열 요소의 위치와 발열에 따라 냉각 액체를 가열 요소에 분사하여 장비 냉각의 목적을 달성합니다. 분사된 액체는 냉각된 장치와 직접 접촉하여 높은 냉각 효율을 얻습니다.
그러나 분무 과정에서 액체는 고온 물체에 부딪히면 표류와 증발을 겪게 됩니다. 안개 방울과 가스는 섀시 구멍의 틈새를 따라 섀시 외부로 방출되어 컴퓨터실 환경의 청결도가 떨어지거나 다른 장비에 영향을 미칩니다.
일반적인 냉각수는 무엇입니까?
물
액체 냉각은 가장 직접적이고 비용 효율적입니다. 물은 절연체가 아니며 간접 접촉 액체 냉각에만 사용할 수 있습니다. 누출이 발생하면 서버와 같은 IT 장비의 손상은 매우 치명적입니다.
미네랄 오일
미네랄 오일은 비용 효율적인 냉각수이기도 합니다. 단상 미네랄 오일은 무독성이고 냄새가 없으며 쉽게 휘발되지 않습니다. 점도가 높고 장비 표면에 잔류물이 형성되기 쉽습니다. 발화점은 높지만 특정 조건에서는 여전히 연소 가능성이 있습니다.
전자 불소화 용액
가장 큰 특징은 단열성과 불연성입니다. 액체 냉각 기술은 데이터 센터에서 가장 안전한 옵션입니다. 현재 가장 널리 사용되고 있습니다. 하지만 가격이 비쌉니다.
열전도도 유체
열전도성 유체는 무독성, 절연성, 고비점, 비부식성 특수 액체로, 전자 부품을 액체에 담가 공기로부터 분리합니다. 산화 반응을 피할 뿐만 아니라 청결성과 무진공 성능을 달성하여 전자 부품의 수명을 크게 연장합니다.
기존의 공기 냉각에 비해 액체 냉각의 장점은 다음과 같습니다.
더 높은 방열 효율:액체 냉각 기술은 장비의 온도를 더 효과적으로 낮추고 성능과 수명을 개선할 수 있습니다. 액체는 공기보다 열전도도가 더 좋으므로 액체 냉각은 장비에서 발생하는 열을 빠르게 제거할 수 있습니다.
소음 감소:팬이 발생시키는 소음에 비해 액체 냉각 방식은 소음이 적어 더 조용한 작업 환경을 제공합니다.
더욱 유연한 디자인:액체 냉각 기술은 더 유연하게 설계할 수 있어 라디에이터와 액체 파이프라인을 다양한 위치에 설치할 수 있으며, 이를 통해 장비의 설계 요구 사항에 더 잘 부합할 수 있습니다.
더욱 친환경적으로:액체 냉각은 에너지를 절약하고 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 팬에서 발생하는 열과 비교하면 액체는 더 쉽게 재활용할 수 있습니다.
액체 냉각 기술의 단점은 비용이 많이 들고, 유지 관리 비용이 더 많이 들고 설계가 더 복잡하다는 것입니다. 그러나 전자 기기의 성능이 계속 향상됨에 따라 방열 문제가 점점 더 두드러지고 있으며, 액체 냉각 기술은 앞으로 전자 기기를 냉각하는 주류 방식 중 하나가 될 것입니다.
액체 냉각 기술의 응용:
액체 냉각 기술은 다음과 같이 방열이 필요한 다양한 전자 장치에 적용될 수 있습니다.
고성능 컴퓨팅: 고성능 컴퓨터는 대량의 데이터와 복잡한 컴퓨팅 작업을 처리해야 하며, 상당한 양의 열을 발생시킵니다. 액체 냉각 기술은 컴퓨터의 온도를 더 효과적으로 낮추고 성능과 안정성을 개선할 수 있습니다.
데이터 센터: 데이터 센터는 대량의 데이터와 네트워크 트래픽을 처리해야 하며 상당한 양의 열을 발생시켜야 합니다. 액체 냉각 기술은 서버의 온도를 더 효과적으로 낮추고 성능과 안정성을 개선할 수 있습니다.
인공 지능: 인공 지능은 방대한 양의 데이터와 복잡한 컴퓨팅 작업을 처리해야 하며 상당한 양의 열을 발생시킵니다. 액체 냉각 기술은 인공 지능 장치의 온도를 보다 효과적으로 낮추고 성능과 안정성을 개선할 수 있습니다.
게임 컴퓨터: 게임 컴퓨터는 많은 수의 그래픽 및 컴퓨팅 작업을 처리해야 하며 많은 열을 발생시킵니다. 액체 냉각 기술은 게임 컴퓨터의 온도를 더 효과적으로 낮추고 성능과 안정성을 개선할 수 있습니다.
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