topics:14:server_level []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Теплоотвод на уровне сервера ======
<WRAP box round>
На уровне сервера применяются технологии непосредственного отвода тепла от электронных компонентов, когда обычное воздушное охлаждение становится недостаточным.  
Основное направление развития — переход к жидкостному отводу тепла: через холодные пластины (cold plate) или полное погружение в диэлектрическую жидкость (иммерсионное охлаждение).
</WRAP>

===== Охлаждение через холодные пластины =====
<WRAP info>
Метод основан на теплопроводности. Через металлическую пластину, установленную на процессоре или другом источнике тепла, циркулирует жидкость (вода, масло или гликоль), отводящая тепло в внешний контур.
</WRAP>

**Принцип работы:**  
Жидкость проходит внутри канала пластины, забирая тепло от горячей поверхности и передавая его в теплообменник. В сервере пластины соединяются с коллектором подачи и обратки — обычно это вода технического контура или гликолевый раствор.  
Поток может быть ламинарным или турбулентным. При низких скоростях уменьшаются потери давления, но снижается эффективность теплообмена; при высоких скоростях — наоборот.

**Преимущества:**
  * высокая эффективность отвода тепла благодаря непосредственному контакту с источником;  
  * возможность использования «тёплой воды» (температура подачи до +40 °C), что позволяет отказаться от чиллеров;  
  * снижение энергопотребления систем кондиционирования зала;  
  * компактность и низкий уровень шума.

**Ограничения:**
  * сложность герметизации соединений и обслуживания;  
  * необходимость использования антикоррозионных жидкостей и фильтрации;  
  * возможность утечки и повреждения оборудования при нарушении целостности контура.

<WRAP tip>
Холодные пластины применяются в серверах плотностью от 50 до 100 кВт на стойку и обеспечивают тепловую проводимость до 400 Вт/м·К.
</WRAP>

===== Иммерсионное охлаждение =====
<WRAP info>
Иммерсионная (погружная) технология основана на прямом контакте оборудования с жидкостью, отводящей тепло. Серверы полностью погружаются в диэлектрический теплоноситель.
</WRAP>

**Принцип работы:**  
Тепло передаётся от компонентов непосредственно к жидкости, которая циркулирует по замкнутому контуру.  
Жидкость проходит через теплообменник, где отдаёт тепло воде или воздуху, и возвращается обратно в резервуар.  
В зависимости от состава теплоносителя используют три типа жидкостей:
  * **вода** — применяется редко, только в изолированных каналах, так как не является диэлектриком;  
  * **минеральное масло** — наиболее распространённый вариант, не проводит ток, безопасно и стабильно, но имеет высокую вязкость;  
  * **фторсодержащие жидкости** — химически инертные и негорючие, но самые дорогие.

**Преимущества:**
  * снижение энергозатрат на охлаждение на 90–95 % по сравнению с воздушным ЦОДом;  
  * возможность эксплуатации без традиционных кондиционеров и чиллеров;  
  * снижение уровня шума и пылеобразования;  
  * высокая плотность мощности — до 200 кВт на одну стойку;  
  * равномерное охлаждение и отсутствие «горячих точек»;  
  * компактность и простота компоновки.

**Ограничения:**
  * высокая стоимость жидкостей и оборудования;  
  * сложность обслуживания — требуется специальная подготовка персонала;  
  * несовместимость некоторых компонентов (оптические модули, SSD-диски) с жидкостью;  
  * риск загрязнения и необходимость контроля за состоянием теплоносителя;  
  * зависимость от качества проектирования гидравлического распределения.

<WRAP tip>
Иммерсионные системы позволяют достигать PUE < 1.2 и обеспечивают низкий уровень шума при плотности более 100 кВт/стойку.
</WRAP>

===== Сравнение теплоносителей =====
^ Среда ^ Теплопроводность, Вт/м·К ^ Удельная теплоёмкость, кДж/кг·К ^ Объёмная теплоёмкость, кДж/м³·К ^ Комментарий ^
| Воздух | 0.024 | 1.0 | 1.17 | Низкая способность к отводу тепла, используется только при малых плотностях |
| Вода | 0.58 | 4.18 | 4180 | Наиболее эффективный теплоноситель, требует изоляции электрических частей |
| Диэлектрическая жидкость | 0.15 | 1.7 | 1632 | Электробезопасна, подходит для иммерсии, но дорогая и требует фильтрации |

===== Энергетическая эффективность =====
<WRAP center>
$$
\eta_{liq} = \frac{Q_{IT}}{Q_{IT} + P_{pump}}
$$
</WRAP>

где:  
- \( Q_{IT} \) — тепловая мощность, отводимая от оборудования;  
- \( P_{pump} \) — мощность насосов.  

<WRAP tip>
Благодаря высокой теплоёмкости жидкостей КПД жидкостного отвода тепла превышает 95 %, а циркуляция требует в 10–20 раз меньшего расхода по сравнению с воздушным охлаждением.
</WRAP>

===== Практические соотношения =====
^ Параметр ^ Воздушное охлаждение ^ Жидкостное охлаждение ^
| Температура на входе, °C | 22 | 35 |
| Температура на выходе, °C | 17 | 30 |
| Расход среды, м³/ч | 21.8 | 0.05 |
| Температура поверхности процессора, °C | 77 | 47 |

<WRAP important>
Переход на жидкостное охлаждение уменьшает перепад температур, снижает энергопотребление насосов и вентиляторов, повышает стабильность теплового режима и продлевает срок службы компонентов.
</WRAP>

===== Выводы =====
<WRAP tip>
  * Жидкостный отвод тепла становится основным направлением для серверов высокой плотности.  
  * Наиболее зрелое решение — холодные пластины; перспективное — иммерсионное охлаждение.  
  * Применение воды и диэлектрических жидкостей позволяет достичь крайне низких значений PUE.  
  * Технологии требуют проработки вопросов обслуживания, герметичности и совместимости материалов.  
  * Наиболее эффективно внедрение таких систем в новых проектах, где возможно сразу учесть компоновку и контуры подачи жидкости.
</WRAP>