แอปพลิเคชั่นระบายความร้อนด้วยของเหลวในสวิตช์บอร์ดเป็นอย่างไร

ด้วยการเพิ่มขึ้นของอินเทอร์เน็ต การประมวลผลแบบคลาวด์ และบริการข้อมูลขนาดใหญ่ การใช้พลังงานโดยรวมของศูนย์ข้อมูลก็เพิ่มขึ้น และประสิทธิภาพการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลก็ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน ตามสถิติข้อมูล ค่าประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยเฉลี่ย (PUE) ของศูนย์ข้อมูลในจีนอยู่ที่ 1.49 ซึ่งสูงกว่าข้อกำหนดที่เสนอโดยคณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปแห่งชาติสำหรับศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่แห่งใหม่ให้มีค่าน้อยกว่า 1.25 มาก การลด PUE เป็นเรื่องเร่งด่วน ผู้ผลิตอุปกรณ์เครือข่ายจะลดการใช้พลังงานลงอย่างมากพร้อมทั้งรับประกันประสิทธิภาพสูงของชิปได้อย่างไร ระบบทำความเย็นซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและการใช้พลังงาน ได้กลายเป็นจุดสนใจของการปฏิรูปศูนย์ข้อมูล และเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวกำลังค่อยๆ เข้ามาแทนที่การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิมเป็นโซลูชันการทำความเย็นกระแสหลัก เนื่องจากมีข้อดีเฉพาะตัว

เราพบว่าการใช้พลังงานโดยเฉลี่ยของศูนย์ข้อมูลสูงถึง 33% ซึ่งใกล้เคียงกับหนึ่งในสามของการใช้พลังงานทั้งหมดของศูนย์ข้อมูล เนื่องจากระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมที่ใช้ในศูนย์ข้อมูลจะใช้อากาศที่มีความจุความร้อนจำเพาะต่ำมากเป็นตัวกลางในการทำความเย็น ซึ่งขับเคลื่อนโดยพัดลมภายในอุปกรณ์เพื่อถ่ายเทความร้อนจาก CPU และแหล่งความร้อนอื่นๆ ไปยังแผงระบายความร้อนออกไปจากฝ่ายไอที อุปกรณ์ การนำเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบคอยล์พัดลมหรือเครื่องทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศกลับมาใช้ใหม่เพื่อหมุนเวียนอากาศเพื่อกระจายความร้อนและทำความเย็นก็เป็นข้อจำกัดที่จำเป็นของการระบายความร้อนด้วยอากาศเช่นกัน ดังนั้น วิธีแก้ปัญหาประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบทำความเย็นจึงกลายเป็นความท้าทายในการทำซ้ำทางเทคโนโลยีที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ต้องเผชิญในสภาพแวดล้อมนโยบายใหม่

จากมุมมองของข้อกำหนดการกระจายความร้อนของชิปอุปกรณ์ ด้วยการพัฒนาชิปสวิตช์ แม้ว่ากระบวนการชิปประสิทธิภาพสูง (เช่น 5 นาโนเมตร) จะสามารถลดการใช้พลังงานในการประมวลผลหน่วยได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากแบนด์วิธของชิปสวิตช์เพิ่มขึ้นเป็น 51.2Tbps แต่การใช้พลังงานทั้งหมดของชิปตัวเดียวก็เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 900วัตต์. วิธีแก้ปัญหาการกระจายความร้อนของชิปอุปกรณ์กลายเป็นจุดที่ยากในการออกแบบฮาร์ดแวร์โดยรวม ความสามารถในการทำความเย็นของระบบระบายความร้อนด้วยอากาศกำลังจะถึงขีดจำกัดแล้ว แม้ว่าแผงระบายความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยอากาศจะสามารถแก้ปัญหาการกระจายความร้อนของสวิตช์ในปัจจุบันได้ แต่ก็จะไม่เพียงพอในที่สุดเมื่อ 102.4/204.8Tbps กลายเป็นกระแสหลักและการใช้พลังงานของชิปจะเพิ่มขึ้นในอนาคต ดังนั้นเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจึงเกิดขึ้นสำหรับอุปกรณ์ไอทีรุ่นต่อไป ในอีก 5-10 ปีข้างหน้า เป็นที่ลงมติในอุตสาหกรรมว่าการระบายความร้อนด้วยอากาศในศูนย์ข้อมูลจะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยการระบายความร้อนด้วยของเหลว

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวในปัจจุบันส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบเฟสเดียวและการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบสองเฟส การระบายความร้อนด้วยของเหลวเฟสเดียวหมายถึงของเหลวทำความเย็นที่รักษาสถานะของเหลวตลอดกระบวนการกระจายความร้อนแบบหมุนเวียน และนำความร้อนออกไปได้อย่างง่ายดายผ่านความจุความร้อนจำเพาะสูง การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบสองเฟสหมายถึงการเปลี่ยนเฟสของสารหล่อเย็นในระหว่างกระบวนการกระจายความร้อนแบบหมุนเวียน โดยที่สารหล่อเย็นจะนำความร้อนของอุปกรณ์ออกไปผ่านความร้อนแฝงของการแปรสภาพเป็นแก๊สที่สูงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอื่นๆ การระบายความร้อนด้วยของเหลวเฟสเดียวมีความซับซ้อนน้อยกว่าและทำได้ง่ายกว่า และความสามารถในการกระจายความร้อนก็เพียงพอที่จะรองรับอุปกรณ์ไอทีในศูนย์ข้อมูล ทำให้เป็นตัวเลือกที่สมดุลในปัจจุบัน

การระบายความร้อนด้วยของเหลวเฟสเดียวแบ่งออกเป็นการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นและการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแช่ การระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็นจะแก้ไขแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวบนอุปกรณ์ทำความร้อนหลักของอุปกรณ์ โดยอาศัยของเหลวที่ไหลผ่านแผ่นความเย็นเพื่อนำความร้อนออกไปและบรรลุวัตถุประสงค์ในการกระจายความร้อน การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบจุ่มเป็นกระบวนการจุ่มเครื่องจักรทั้งหมดลงในสารหล่อเย็นโดยตรง โดยอาศัยการไหลเวียนตามธรรมชาติหรือแบบบังคับของของเหลว เพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ เช่น เซิร์ฟเวอร์

ข้อดีของการระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็น ได้แก่: การปรับเปลี่ยนห้องคอมพิวเตอร์โดยรวมเพียงเล็กน้อย โดยต้องมีการปรับเปลี่ยนชั้นวาง หน่วยกระจายความเย็น (CDU) และระบบจ่ายน้ำเท่านั้น นอกจากนี้ การระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็นยังสามารถใช้สารหล่อเย็นได้หลากหลายประเภท และต้องการการทำความเย็นน้อยกว่าการแช่เย็นมาก ส่งผลให้ต้นทุนการลงทุนเริ่มแรกลดลง นอกจากนี้ห่วงโซ่อุตสาหกรรมการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นยังมีความเป็นผู้ใหญ่และเป็นที่ยอมรับในตลาดมากขึ้น

ข้อดีของการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่ม ได้แก่: (1) เนื่องจากการสัมผัสโดยตรงกับสารหล่อเย็นกับอุปกรณ์ ความสามารถในการกระจายความร้อนจะแข็งแกร่งขึ้น และความเสี่ยงที่อุปกรณ์จะร้อนเกินไปจะลดลง; (2) อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแช่ไม่จำเป็นต้องใช้พัดลม ส่งผลให้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์มีการสั่นสะเทือนน้อยลงและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น (3) อุณหภูมิของแหล่งน้ำเย็นที่ด้านข้างของห้องเครื่องทำความเย็นของเหลวที่แช่อยู่นั้นสูงกว่า และด้านภายนอกจะกระจายความร้อนได้ง่ายกว่า ดังนั้นการเลือกสถานที่ของห้องเครื่องจึงไม่ถูกจำกัดด้วยภูมิภาคและอุณหภูมิเหมือนในยุคระบายความร้อนด้วยอากาศอีกต่อไป

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวในสวิตช์ศูนย์ข้อมูลไม่เพียงแต่แก้ปัญหาความร้อนของตนเองเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถปรับใช้แบบรวมศูนย์กับเซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลว อำนวยความสะดวกในการสร้างและการทำงานของโครงสร้างพื้นฐานศูนย์ข้อมูลแบบครบวงจร การระบายความร้อนด้วยของเหลวสนับสนุนการแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด พัฒนาผลิตภัณฑ์ศูนย์ข้อมูลที่ดียิ่งขึ้น และร่วมกันสร้างเศรษฐกิจดิจิทัลสีเขียว