Experto técnico de Dell: comparación de cinco tecnologías de administración térmica de servidores, el DLC monofásico es más efectivo
Recientemente, en una conferencia técnica organizada por DCD, el Dr. Tim Shedd, un experto en tecnología de Dell, reveló la comparación de rendimiento de cinco tecnologías de administración térmica de servidores en una presentación titulada "Comparación de rendimiento de cinco tecnologías de administración térmica de servidores". Las principales tecnologías de refrigeración de centros de datos estudiadas en la investigación incluyen refrigeración por aire, inmersión monofásica, inmersión en dos fases, refrigeración líquida directa de dos fases y refrigeración líquida directa monofásica (DLC, placa fría).
La investigación de Dell indica que, en comparación con los otros cuatro métodos de refrigeración del centro de datos, la refrigeración líquida directa (DLC) monofásica exhibe la mayor eficiencia térmica, lo que proporciona un camino potencial hacia una mejor sostenibilidad y una mayor eficiencia.
El informe señala que para 2025, se espera que la potencia del chip de CPU o GPU alcance hasta 500 W, con la inteligencia artificial y el aprendizaje automático elevando la potencia de la GPU a 700 W y un aumento futuro previsto a 1000 W.
Más importante aún, a medida que aumenta la potencia, existe una demanda de temperaturas de empaque de chips más bajas y diferenciales de temperatura más pequeños para garantizar el funcionamiento normal del chip. Por lo tanto, los desafíos para los sistemas de gestión térmica se intensifican.
El informe utiliza datos de configuración de servidores de centros de datos típicos para construir un modelo térmico simplificado, que ilustra la aplicabilidad de estas cinco tecnologías de gestión térmica cuando la potencia del procesador aumenta de 250W a 500W.
Procesador de 250W
En los últimos años, cuando el TDP del procesador rondaba los 250 W, las cinco tecnologías de gestión térmica podían enfriar eficientemente los racks típicos de los centros de datos, como los que implementaban 32 servidores montados en rack de 250 W y dos sockets. Para un servidor montado en bastidor de 2U, la diferencia de temperatura entre el empaque del chip y el aire que pasa a través del servidor fue de aproximadamente 26 grados. Por lo tanto, con sólo 25 grados de aire frío, la temperatura del chip podría mantenerse en alrededor de 51 grados, lo cual es bastante razonable.
En este punto, la eficiencia de la refrigeración por aire de un solo servidor es comparable a la refrigeración por inmersión monofásica.
En el enfriamiento por inmersión de dos fases, el diferencial de temperatura entre el empaque del chip y el líquido refrigerante es de alrededor de 20 grados, mientras que la tecnología DLC tiene un diferencial aún menor. A caudales típicos de 1 lpm (1 litro por minuto) o 2 lpm (2 litros por minuto), el diferencial de temperatura entre la base de la placa fría del DLC y el empaque de chips permanece dentro de un rango de 10 grados.
Procesador de 350W
Actualmente, con la potencia del procesador individual aumentada de 350 W a 400 W, el diferencial de temperatura necesario para disipar el calor del chip al agua de refrigeración de las instalaciones sigue aumentando.
Para una implementación de refrigeración de gabinete con 32 servidores montados en bastidor de 350 W y dos sockets, el diferencial de temperatura entre la refrigeración por aire (1U) y el empaque de chips supera los 50 grados. Esto significa que enfriar el servidor con aire frío a 25 grados daría como resultado una temperatura del procesador de alrededor de 75 grados, cerca del límite de temperatura de funcionamiento del procesador.
En este punto, la efectividad del enfriamiento por inmersión monofásico es comparable al enfriamiento por aire (1U), mientras que el enfriamiento por aire (2U) puede mantener una diferencia de temperatura entre el aire y el chip de alrededor de 38 grados.
Además, la diferencia de temperatura entre el líquido de enfriamiento por inmersión de dos fases y el empaque de chips es de aproximadamente 25 grados, mientras que el DLC monofásico y el DLC bifásico siguen siendo altamente eficientes. El diferencial de temperatura entre el DLC bifásico y el chip es de aproximadamente 15 grados, y con un caudal de 1 lpm, el diferencial de temperatura para el DLC monofásico es de aproximadamente 11 grados.
Es evidente que con el aumento de la potencia del procesador a 350 W-400W, la refrigeración por aire se está acercando a límites prácticos, lo que requiere aire más frío y exacerba el consumo de energía de refrigeración.
500W
En los próximos dos o tres años, se espera que el TDP del procesador aumente en general a 500 W, lo que plantea desafíos importantes para la refrigeración por aire. Será necesario utilizar métodos innovadores de diseño de radiadores o confiar en tamaños más grandes para permitir que entre más aire y enfríe el procesador.
En este punto, la refrigeración por aire (1U), la refrigeración por inmersión monofásica y la diferencia de temperatura entre los paquetes de chips superan los 60 grados. El enfriamiento por inmersión en dos fases sigue siendo efectivo, pero el diferencial aumentará a aproximadamente 34 grados. Las diferencias de temperatura entre el DLC bifásico y el DLC monofásico (1 lpm) son similares, alrededor de 25 grados, mientras que el DLC monofásico (2 lpm) tiene un diferencial más pequeño, alrededor de 17 grados.
Vale la pena señalar que el enfriamiento por agua a alta temperatura en el rango de 48 a 50 grados puede presentar algunas oportunidades reales para la reutilización de la energía térmica en esta etapa.
Resumen
Refrigeración por aire:
El aumento del TDP del procesador plantea desafíos crecientes para la refrigeración por aire.
Los avances en radiadores y ventiladores pueden traspasar límites.
Normalmente encuentra limitaciones en el impacto del calor del procesador en otros componentes.
Enfriamiento DLC:
La refrigeración monofásica supera con creces los 500W TDP.
El DLC bifásico puede enfriar un TDP alto, aunque existen problemas de resistencia al flujo de vapor que deben abordarse.
Los avances en el diseño de sistemas o la tecnología de fluidos pueden mejorar el DLC de dos fases.
Enfriamiento por inmersión:
Retos crecientes con un TDP alto.
Los avances en radiadores y tecnología de fluidos pueden superar los límites.
Las dos fases están limitadas por el punto de ebullición del fluido y el rendimiento del condensador.
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