Pourquoi le refroidissement par eau des centres de données n'est pas répandu?

D'après ce que j'ai lu et entendu sur les centres de données, il n'y a pas trop de salles de serveurs qui utilisent le refroidissement par eau, et aucun des plus grands centres de données n'utilise le refroidissement par eau (corrigez-moi si je me trompe). En outre, il est relativement facile d'acheter des composants PC ordinaires en utilisant le refroidissement par eau, tandis que les serveurs rack refroidis par eau sont presque inexistants.

En revanche, l'utilisation de l'eau peut éventuellement (IMO):

1. Réduisez la consommation d'énergie des grands centres de données, surtout s'il est possible de créer des installations à refroidissement direct (c'est-à-dire que l'installation est située près d'une rivière ou de la mer).

2. Réduisez le bruit, ce qui rend moins difficile pour les humains de travailler dans des centres de données.

3. Réduisez l'espace nécessaire pour les serveurs:

   • Au niveau du serveur, j'imagine que dans les serveurs rack et lame, il est plus facile de faire passer les tubes de refroidissement par eau que de perdre de l'espace pour permettre à l'air de passer à l'intérieur,
   • Au niveau du centre de données, s'il est toujours nécessaire de garder les allées entre les serveurs pour l'accès de maintenance aux serveurs, l'espace vide sous le plancher et au niveau du plafond utilisé pour l'air peut être supprimé.

Alors pourquoi les systèmes de refroidissement par eau ne sont-ils pas répandus, ni au niveau du centre de données, ni au niveau des serveurs rack / lame?

Est-ce parce que:

• Le refroidissement par eau est à peine redondant au niveau du serveur?

• Le coût direct d'une installation refroidie à l'eau est trop élevé par rapport à un centre de données ordinaire?

• Il est difficile d'entretenir un tel système (nettoyer régulièrement le système de refroidissement à eau qui utilise l'eau d'une rivière est bien sûr beaucoup plus compliqué et coûteux que le simple nettoyage à l'aspirateur des ventilateurs)?

Eau + électricité = catastrophe

Le refroidissement par eau permet une plus grande densité de puissance que le refroidissement par air; Donc, déterminez les économies de coûts de la densité supplémentaire (probablement aucune sauf si vous êtes très limité en espace). Calculez ensuite le coût du risque de catastrophe hydrique (disons 1% * le coût de votre installation). Ensuite, faites une simple comparaison risque-récompense et voyez si cela a du sens pour votre environnement.

Je vais donc casser ma réponse en plusieurs parties:

• Propriétés physiques de l'eau par rapport à l'air et à l'huile minérale
• Risques d'utilisation de l'eau et mauvaises expériences historiques
• Coût total du refroidissement d'un centre de données
• Faiblesses des systèmes de refroidissement liquide classiques

Propriétés physiques de l'eau par rapport aux autres

D'abord quelques règles simples:

• Le liquide peut transporter plus de chaleur que les gaz
• Evaporer un extrait liquide plus de chaleur (utilisé au réfrigérateur)
• L'eau a les meilleures propriétés de refroidissement de tous les liquides.
• Un fluide en mouvement extrait la chaleur bien mieux qu'un fluide qui ne bouge pas
• Un écoulement turbulent nécessite plus d'énergie pour être déplacé mais extrait la chaleur bien mieux que l'écoulement laminaire.

Si vous comparez l'eau et l'huile minérale à l'air (pour le même volume)

• l'huile minérale est environ 1500 fois meilleure que l'air

• l'eau est environ 3500 fois meilleure que l'air

• l'huile est un mauvais conducteur électrique dans toutes les conditions et est utilisée pour refroidir les transformateurs haute puissance.

• l'huile selon son type exact est un solvant et est capable de dissoudre le plastique
• l'eau est un bon conducteur d'électricité si elle n'est pas pure (contient des minéraux ...) sinon
• l'eau est une bonne électrolyte. Les métaux mis en contact avec l'eau peuvent donc être dissous dans certaines conditions.

Maintenant, quelques commentaires sur ce que j'ai dit ci-dessus: Les comparaisons sont faites à la pression atmosphérique. Dans ces conditions, l'eau bout à 100 ° C, ce qui est supérieur à la température maximale pour les processeurs. Ainsi, lors du refroidissement avec de l'eau, l'eau reste liquide. Le refroidissement avec des composés organiques comme l'huile minérale ou le fréon (ce qui est utilisé dans le réfrigérateur) est une méthode classique de refroidissement pour certaines applications (centrales électriques, véhicules militaires ...) mais l'utilisation à long terme d'huile en contact direct avec du plastique n'a jamais été faite dans le secteur informatique. Son influence sur la fiabilité des pièces du serveur est donc inconnue (Green Evolution n'en dit pas un mot). Faire bouger votre liquide est important. S'appuyer sur le mouvement naturel à l'intérieur d'un liquide immobile pour éliminer la chaleur est inefficace et diriger correctement un liquide sans tuyau est difficile. Pour ces raisons,

Problèmes techniques

Faire bouger l'air est facile et les fuites ne sont pas une menace pour la sécurité (pour une bonne efficacité). Il nécessite beaucoup d'espace et consomme de l'énergie (15% de la consommation de votre ordinateur va à vos fans)

Faire un mouvement liquide est gênant. Vous avez besoin de tuyaux, de blocs de refroidissement (plaques froides) attachés à chaque composant que vous souhaitez refroidir, d'un réservoir, d'une pompe et peut-être d'un filtre. De plus, l'entretien d'un tel système est difficile car vous devez retirer le liquide. Mais il nécessite moins d'espace et nécessite moins d'énergie.

Un autre point important est que beaucoup de recherches et de normalisation ont été réduites sur la façon de concevoir des cartes mères, des ordinateurs de bureau et des serveurs basés sur un système basé sur l'air avec des ventilateurs de refroidissement. Et les conceptions résultantes ne conviennent pas aux systèmes à base de liquide. Plus d'infos sur formfactors.org

Des risques

• Les systèmes de refroidissement à eau peuvent fuir si votre conception est mal réalisée. Les caloducs sont un bon exemple d'un système à base de liquide qui n'a pas de fuite ( regardez ici pour plus d'informations )
• Les systèmes de refroidissement à eau courants ne refroidissent que les composants chauds et nécessitent donc toujours un flux d'air pour les autres composants. Vous avez donc 2 systèmes de refroidissement au lieu d'un et vous dégrade les performances de votre système de refroidissement par air.
• Avec les conceptions standard, une fuite d'eau présente un risque énorme de causer beaucoup de dommages si elle entre en contact avec des pièces métalliques.

Remarques

• L'eau pure est un mauvais conducteur d'électricité
• Presque toutes les parties des composants électroniques sont recouvertes d'un revêtement non conducteur. Seuls les plots à souder ne le sont pas. Donc, quelques gouttes d'eau peuvent être inoffensives
• Les risques liés à l'eau peuvent être atténués par les solutions techniques existantes

L'air de refroidissement réduit sa capacité à contenir de l'eau (humidité) et il existe donc un risque de condensation (mauvais pour l'électronique). Ainsi, lorsque vous refroidissez de l'air, vous devez éliminer l'eau. Cela nécessite de l'énergie. Le niveau d'humidité normal pour un être humain est d'environ 70% d'humidité, il est donc possible que vous ayez besoin, après refroidissement, de remettre de l'eau dans l'air pour les gens.

Coût total d'un datacenter

Lorsque vous envisagez de refroidir dans un centre de données, vous devez en tenir compte dans toutes ses parties:

• Conditionner l'air (filtrer, éliminer l'excès d'humidité, le déplacer ...)
• L'air frais et chaud ne doivent jamais se mélanger sinon vous diminuez votre efficacité et il y a un risque de point chaud (points qui ne sont pas suffisamment refroidis)
• Vous avez besoin d'un système pour extraire la chaleur en excès ou vous devez limiter la densité de production de chaleur (moins de serveurs par rack)
• Vous avez peut-être déjà des tuyaux pour évacuer la chaleur de la pièce (pour la transporter jusqu'au toit)

Le coût d'un datacenter est déterminé par sa densité (quantité de serveurs par mètre carré) et sa consommation électrique. (certains autres facteurs entrent également en ligne de compte mais pas pour cette discussion) La surface totale du datacenter est divisée en la surface utilisée par le serveur lui-même, par le système de refroidissement, par les services publics (électricité ...) et par les salles de service. Si vous avez plus de serveurs par rack, vous avez besoin de plus de refroidissement et donc de plus d'espace pour le refroidissement. Cela limite la densité réelle de votre centre de données.

Habitudes

Un centre de données est quelque chose de très complexe qui nécessite beaucoup de fiabilité. Les statistiques des causes de temps d'arrêt dans un centre de données indiquent que 80% des temps d'arrêt sont causés par des erreurs humaines.

Pour atteindre le meilleur niveau de fiabilité, vous avez besoin de nombreuses procédures et mesures de sécurité. Donc, historiquement, dans les centres de données, toutes les procédures sont faites pour les systèmes de refroidissement par air et l'eau est limitée à son utilisation la plus sûre si elle n'est pas interdite dans les centres de données. Fondamentalement, il est impossible que l'eau entre en contact avec les serveurs.

Jusqu'à présent, aucune entreprise n'était en mesure de proposer une solution de refroidissement par eau suffisamment bonne pour changer cette réalité.

Sommaire

• Techniquement, l'eau est meilleure
• La conception des serveurs et les conceptions des centres de données ne sont pas adaptées au refroidissement par eau
• Les procédures de maintenance et de sécurité actuelles interdisent l'utilisation du refroidissement par eau à l'intérieur des serveurs
• Aucun produit commercial n'est assez bon pour être utilisé dans les centres de données

Bien que nous ayons quelques racks refroidis à l'eau (ceux de HP en fait, je ne sais pas s'ils en font encore), le refroidissement direct à l'eau est un peu à l'ancienne de nos jours. La plupart des nouveaux grands centres de données sont construits avec des tunnels d'aspiration dans lesquels vous enfoncez votre rack, ce qui aspire ensuite l'air ambiant et expulse ou capture pour réutilisation la chaleur collectée lors de son déplacement dans l'équipement. Cela signifie pas de refroidissement du tout et économise d'énormes quantités d'énergie, de complexité et de maintenance, même si cela limite les systèmes à l'utilisation de racks / tailles très spécifiques et nécessite un espace de rack de rechange à `` masquer '' à l'avant.

L'eau est un solvant universel. Avec suffisamment de temps, il mangera TOUT.

Le refroidissement par eau ajouterait également un niveau de complexité considérable (et coûteux) à un centre de données auquel vous faites allusion dans votre message.

Les systèmes d'extinction d'incendie dans la plupart des centres de données ne contiennent pas d'eau pour quelques raisons très spécifiques, les dégâts d'eau peuvent être plus importants que les dégâts d'incendie dans de nombreux cas et parce que les centres de données sont chargés de la disponibilité (avec des générateurs de secours pour l'alimentation, etc.) , cela signifie qu'il est assez difficile de couper le courant à quelque chose (en cas d'incendie) pour faire jaillir de l'eau dessus.

Pouvez-vous donc imaginer si vous avez un type de système de refroidissement à eau complexe dans votre centre de données, qui abandonne le fantôme en cas d'incendie? Oui.

Je pense que la réponse courte est qu'elle ajoute une complexité considérable. Ce n'est pas tant une question d'espace.

Si vous avez de grandes quantités d'eau à gérer (tuyauterie, ruissellement, etc.), vous ajoutez beaucoup de risques ... l'eau et l'électricité ne se mélangent pas bien (ou elles se mélangent trop bien, selon la façon dont vous regardez les choses) il).

L'autre problème avec l'eau est l'humidité. À grande échelle, cela va jeter tous vos systèmes de climatisation pour une boucle. Ensuite, il y a une accumulation de minéraux par évaporation, et sans aucun doute des tonnes d'autres choses auxquelles je n'ai pas pensé ici.

l'eau ne doit PAS être utilisée pour le refroidissement du centre de données mais une huile minérale qui se mélange très bien avec l'électricité. voir http://www.datacenterknowledge.com/archives/2011/04/12/green-revolutions-immersion-cooling-in-action/

même si la solution est nouvelle, la technologie est assez ancienne, mais ce type de changement dans les centres de données existants devient très difficile, car vous devez remplacer les racks existants par un nouveau type de racks ...

La grande dissuasion pour ne pas utiliser l'eau dans les centres de données est le fait que la plupart des systèmes de refroidissement par eau sont primitifs. Ils ont tous besoin de connexions rapides pour connecter le serveur à la source d'eau dans le rack et ceux-ci sont une source d'échec, d'autant plus que vous pouvez en avoir des milliers dans un DC. Ils rendent également les serveurs plus difficiles à entretenir et dans la plupart des cas, vous avez toujours besoin de ventilateurs. Vous ajoutez donc à la complexité.

Sur le plan humain, la plupart des gestionnaires d'installations résistent au changement. Ils sont très habiles avec le refroidissement par air et un passage au liquide rendrait ces compétences obsolètes. De plus, chaque équipementier OEM résistera au changement car cela impliquerait une refonte complète de la gamme de produits.

Le changement ne viendra qu'avec a) de meilleures conceptions de refroidissement liquide et b) une législation pour forcer le changement

Ils le font, mais vous avez besoin de composants personnalisés, OVH (l'une des plus grandes sociétés de centres de données au monde) utilise le refroidissement par eau depuis plus de 10 ans.

Consultez ce lien où vous pouvez voir leurs racks: http://www.youtube.com/watch?v=wrrZxmfevoE

Le principal problème pour les entreprises classiques est que vous devez faire de la R&D pour utiliser une telle technologie.

Les centres de datation refroidis à l'eau sont très efficaces et permettent de réaliser des économies d'énergie à condition d'avoir de l'eau purifiée. cependant, les dangers sont plus importants s'ils sont en contact étroit. 1) humidité / niveaux d'humidité
2) eau contre l'électricité.

L'eau n'est peut-être pas le meilleur fluide à utiliser. Comme indiqué, il dissoudra tout / n'importe quoi au fil du temps. Certes, l'eau a une bonne utilisation dans les applications de refroidissement, mais la solution globale n'est pas la meilleure. Cependant, l'huile minérale peut également entrer en jeu, ce n'est pas non plus la meilleure option à choisir.

Des huiles spéciales de transfert de chaleur sont disponibles qui ne sont pas corrosives - contrairement à l'eau - et ont été spécialement conçues pour être utilisées comme fluide de transfert de chaleur. Paratherm en fait déjà une grande variété.

Le problème serait de raccorder des choses à un échangeur de chaleur en boucle fermée et nous parlons de grands nombres.

La solution est déjà faite, mais n'est pas utilisée dans les environnements électroniques et provient des machines agricoles. Pour le nommer, l'hydraulique. Les extrémités du tuyau à enclenchement rapide sont étanches, si pour une raison quelconque elles sont déconnectées, elles se ferment également à l'extrémité mâle et femelle. au pire, il n'y aurait pas plus de 1-2 petites gouttelettes lors de la déconnexion.

Nous pouvons donc éliminer cette partie. Concevoir des pièces en cuivre adaptées à chaque puce / circuit à refroidir est cependant une tâche exigeante. Comme dans le cas du refroidissement liquide, chaque pièce qui doit se débarrasser de la chaleur excessive doit être couverte. Il faudrait une pompe à pression relativement élevée, des capteurs de pression et des réducteurs pour s'assurer que chaque rack a la bonne quantité de liquide en circulation et pour éviter une défaillance. Des vannes d'arrêt électroniques seraient également nécessaires. Ce n'est pas nouveau car ces pièces sont déjà fabriquées, même pour des intentions différentes en premier lieu. De nombreux petits ventilateurs ont l'avantage de la redondance, de sorte que plusieurs unités de pompage seraient souhaitées pour éviter les risques de défaillance d'un point unique.

En dehors de cela, s'il s'agit d'un véritable cycle en boucle fermée, le déplacement d'un fluide caloporteur à faible viscosité plutôt que d'une énorme quantité d'air serait naturellement rentable.

En fait, il y aurait plusieurs façons de le faire. Tout d'abord, les coûts de climatisation et de fonctionnement des ventilateurs seraient réduits. Ne sous-estimez jamais ces coûts. Même un petit ventilateur peut consommer quelques watts et les ventilateurs tombent en panne après un certain temps. Une pompe hydraulique peut fonctionner - compte tenu de la basse pression impliquée dans cette application - littéralement pendant des années 24/7, remplaçant un grand nombre de ventilateurs. Ensuite, les puces de qualité serveur sont capables de résister aux abus et peuvent fonctionner à des températures très élevées par rapport aux ordinateurs de bureau. Néanmoins, gardez-les au frais et la durée de vie attendue sera plus longue, ce qui ne doit jamais être sous-estimé compte tenu du prix de ces choses. La filtration de l'air pour éviter la poussière et l'humidité ne serait plus nécessaire.

Ces facteurs dépassent de loin les inconvénients de ce type de technologie de refroidissement. Cependant, l'investissement initial est plus élevé. Certes, la solution peut fournir des configurations de serveur de densité plus élevée, mais pour le moment, l'investissement n'est tout simplement pas envisagé par les centres de données. La reconstruction d'une solution de refroidissement existante prendrait du temps, et le temps c'est de l'argent. L'entretien serait également très facile car les dissipateurs thermiques encombrants ne seraient tout simplement pas nécessaires, ni les ventilateurs. Un nombre réduit de points de défaillance potentiels (chaque ventilateur est l'un d'entre eux) est quelque chose à garder à l'esprit, les pompes redondantes peuvent également se déclencher sans aucune interaction des opérateurs. Les fans font aussi eux-mêmes de la chaleur. Considérez une unité avec 20 ventilateurs à l'intérieur de chacun ne produisant pas plus de 5 watts. Le résultat final serait un autre 100 watts de chaleur pour se débarrasser d'une manière ou d'une autre. Les pompes et les moteurs d'entraînement produiraient également de la chaleur, mais pas à l'intérieur d'un rack. Plutôt séparé et isolé du système cible. En cas de court-circuit, disons qu'un élément actif d'alimentation électrique court-circuite, ce type de refroidissement liquide peut en fait déplacer suffisamment de chaleur et donc réduire la probabilité de propagation du feu. Déplacer de l'air frais près d'un feu n'est pas la meilleure idée. De plus, les pièces en plastique fondent et les pièces en plastique sont inflammables. Le fluide caloporteur fonctionnera avec plaisir à des températures où les ventilateurs fondraient, ce qui pourrait éventuellement donner lieu à une autre source de court-circuit. De plus, les pièces en plastique fondent et les pièces en plastique sont inflammables. Le fluide caloporteur fonctionnera avec plaisir à des températures où les ventilateurs fondraient, ce qui pourrait éventuellement offrir une autre source de court-circuit. De plus, les pièces en plastique fondent et les pièces en plastique sont inflammables. Le fluide caloporteur fonctionnera avec plaisir à des températures où les ventilateurs fondraient, ce qui pourrait éventuellement offrir une autre source de court-circuit.

Le refroidissement liquide serait-il donc dangereux? Je pense que du point de vue de la sécurité, des tas de petits fans sont beaucoup plus dangereux. Du point de vue de la durée de vie, le refroidissement liquide est de loin préférable à mon avis. Les seuls inconvénients sont la formation du personnel et les investissements initiaux. En dehors de cela, c'est une solution beaucoup plus viable qui paie bien même à moyen terme.

Il fonctionne très bien mais il est coûteux et long à installer pour des milliers de machines et prend beaucoup d'espace. De plus, ce n'est pas nécessaire. Les plates-formes de jeu ont beaucoup de moyens de se rapprocher. Tout ce qui a une ventilation décente fera très bien l'affaire avec un flux d'air de 70f, même à 100%, ce qu'ils ne font presque jamais.