Локальное охлаждение: стойки и серверы

Раздел о технологиях приближённого теплоотвода для высокоплотных IT-нагрузок: от систем на уровне стойки (задние теплообменные двери, замкнутые шкафы, рядовые и встроенные охладители) до решений на уровне сервера (жидкостное охлаждение микросхем — Direct-to-Chip, или D2C, и иммерсионные ванны). Рассматриваются архитектура жидкостных контуров, показатели эффективности и эксплуатационные аспекты.

Содержание раздела

Продолжение

Навигация: выбор метода локального охлаждения

%%{init: {"theme":"neutral","fontSize":14} }%% flowchart TB A["Тепловая нагрузка, кВт/стойку"] --> B{"Возможен воздушный теплоотвод?"} B -- "Да" --> Air["Воздушные решения: изоляция коридоров, ↑уставка, оптимизация потоков, in-row"] B -- "Нет" --> C{"Есть жидкостный контур (вода/гликоль)?"} C -- "Да" --> RackLiq["Жидкостные стойки: задние теплообменные двери / замкнутые шкафы"] C -- "Нет" --> AirOnly["Воздушное охлаждение с ограничением плотности, модернизация потоков"] RackLiq --> D{"Плотность > 50 кВт/стойку или особые условия (пыль, акустика)?"} D -- "Да" --> D2C["Direct-to-Chip (жидкостное охлаждение микросхем) / Иммерсия"] D -- "Нет" --> RackLiq

Опорная таблица: методы охлаждения на уровне стойки

Метод Принцип Типичные случаи Преимущества Ограничения/риски
Усиленное воздушное (изоляция, контроль вентиляторов) Управление потоками между холодным и тёплым коридором Средняя плотность, модернизация существующих залов Простота, быстрое внедрение, совместимость Ограниченная эффективность при нагрузках >15 кВт/стойку
Задняя теплообменная дверь Радиатор «воздух–жидкость» на выходе стойки Средняя–высокая плотность, модернизация без перестройки зала Снимает до 70–80 % тепла локально Требует подключения к воде/гликолю, контроль конденсата
Замкнутые шкафы (in-rack) Встроенный жидкостный охладитель, циркуляция внутри шкафа «Острова» высокой плотности Независимость от зала, масштабируемость Повышенные требования к сервису и резервированию воды/питания
Рядовые охладители (in-row) Модули между стойками, воздух–вода или воздух–фреон Ряды высокой плотности Близость к источнику тепла, адаптивность Требует места в ряду, балансировки гидравлики

Опорная таблица: методы охлаждения на уровне сервера

Метод Принцип Применение Преимущества Ограничения/риски
Усиленное воздушное Радиаторы, тепловые трубки, адаптивные вентиляторы Универсальные серверы, кластеры до 15–20 кВт/стойку Простота и совместимость, отсутствие жидкости Предел по тепловому пакету CPU/GPU
Жидкостное охлаждение микросхем (Direct-to-Chip) Отвод тепла от процессоров через пластины с циркуляцией жидкости HPC, AI, плотные CPU/GPU кластеры Высокая эффективность, «тёплая» обратка, утилизация тепла Необходима герметизация, контроль протечек, совместимость материалов
Иммерсионное охлаждение Полное погружение серверов в диэлектрическую жидкость Экстремальная плотность (до 200 кВт/стойку) Минимизация вентиляторов, равномерное охлаждение Высокая стоимость, обслуживание, несовместимость части компонентов

Интеграция жидкостного охлаждения (основные элементы контура)

%%{init: {"theme":"neutral","fontSize":10} }%% flowchart LR A["Контур здания (вода/гликоль)"] --> B["CDU (Liquid-to-Liquid) в ряду/стойке"] B --> C["Внутренний контур: теплообменные двери, холодные пластины, коллекторы"] C --> D["Быстроразъёмы, датчики протечек, дренаж"] B --> E["Насосные группы с частотным управлением, фильтры, дегазация"] A --> F["Источник холода: чиллер / сухие охладители / адиабатика / свободное охлаждение"]

Узел Ключевые вопросы проектирования и эксплуатации
Контур здания Температура подачи/обратки, качество воды, резервирование A/B
CDU Управление ΔP, байпас, фильтрация, сервисный доступ
Внутренний контур Минимизация потерь давления, компоновка шлангов
Безопасность QD-соединения без пролива, поддоны, датчики утечек
Химсостав жидкости Совместимость материалов, ингибиторы, контроль коррозии

Ключевые показатели эффективности

  • Температурный профиль по высоте стойки.
  • Разница температур подачи и обратки (ΔT) в жидкостных модулях.
  • Удельное энергопотребление вентиляторов и насосов.
  • MTBF/MTTR по инцидентам утечек.
  • Плотность нагрузки и доля стоек, подготовленных к жидкостному охлаждению.
  • Влияние на PUE/WUE и возможность утилизации тепла.

Основные риски и меры их снижения

  • Гидравлика: кавитация, разбалансировка ветвей → расчёт ΔP, частотное управление насосами.
  • Утечки: использование dry-break соединений, поддонов, датчиков.
  • Конденсация: изоляция трубопроводов, контроль точки росы.
  • Совместимость жидкостей: анализ состава воды, фильтрация, регламенты замены.
  • Ошибки эксплуатации: чек-листы на заполнение, дегазацию, обслуживание.
  • Электробезопасность: разводка шлангов вдали от шин/кабелей, автоотключение питания при протечке.