Кипящие чаны с жидкостью, которые могут поднять производительность вычислительной техники на новый уровень

Автор admin

Центры обработки данных окунают серверы в специальную жидкость для увеличения производительности

Традиционно центры обработки данных, управляемые такими провайдерами облачных услуг, как AWS, Azure и Google Cloud, полагались на кондиционирование воздуха и жидкостное охлаждение для предотвращения перегрева серверов и другого оборудования.

Однако эти методы охлаждения являются неэффективными, дорогостоящими и ресурсоемкими. Это особенно актуально в контексте объектов, расположенных в тропическом климате (например, в Гонконге или Сингапуре), которые находятся в постоянной борьбе с окружающей средой.

В последние несколько лет внимание уделяется поиску методов, которые помогут охлаждать центры обработки данных более эффективно и экологично. Хотя несколько различных методов показывают хорошие результаты, один из них особенно выделяется: двухфазное погружение в жидкость.

В этой системе серверные стойки полностью погружаются в резервуары с непроводящей жидкостью. Когда оборудование начинает выделять тепло под нагрузкой, жидкость начинает кипеть и подниматься к верху резервуара. Во второй фазе процесса конденсатор возвращает газ в жидкость, которая опускается обратно в камеру внизу — и так цикл продолжается.

Хотя охлаждение погружением в жидкость было впервые применено в 1985 году в суперкомпьютере Cray-2, который охлаждал свое оборудование водопадом жидкости под названием Fluorinert, с тех пор эта технология стала более зрелой и начинает набирать обороты.

Cray-2 — векторный суперкомпьютер, выпускавшийся компанией Cray Research с 1985 года. Он был самым производительным компьютером своего времени, обогнав по производительности другой суперкомпьютер, Cray X-MP. Пиковая производительность Cray-2 составляла 1,9 Гфлопс.

Лидером в этой области является компания LiquidStack, которая предлагает погружные резервуары для стоек различных размеров. Хотя ее технология еще не нашла широкого применения, она начинает привлекать интерес некоторых крупнейших мировых гипермасштабирующих компаний.

Перемены в индустрии центров обработки данных всегда сопряжены с трудностями; сектор не склонен к риску и движется медленно”, — сказал Джо Кейпс, генеральный директор LiquidStack. “Но я предсказываю, что в течение следующих двенадцати месяцев мы увидим первый крупномасштабный облачный объект, использующий только двухфазное погружение”.

Новая идентичность

Основанная в 2012 году, компания LiquidStack начала свою жизнь под другим именем: Allied Control Ltd. В то время компания планировала построить первый в истории центр обработки данных для майнинга биткоина в Гонконге, когда криптовалюта торговалась по цене всего 13 долларов за единицу.

Отказавшись от всех доступных методов охлаждения по причине дороговизны, Allied Control была вынуждена разработать собственную методику в сотрудничестве с компанией 3M, которая теперь производит жидкость, используемую в погружных резервуарах LiquidStack.

Другими словами, двухфазная жидкая иммерсия стала для компании средством достижения цели, полезным инструментом для достижения отдельной задачи. Но за последние несколько лет основное внимание стало уделяться новой технике охлаждения.

Хотя Allied Control по-прежнему считает, что криптовалютный сектор представляет собой крупный адресный рынок, в прошлом году компания приняла решение переключиться на высокопроизводительные вычисления (HPC), центры обработки данных и периферийные устройства. В рамках этого процесса компания провела ребрендинг под названием LiquidStack.

Отвечая на вопрос о причинах смены названия и направления деятельности, Кейпс пояснил, что команда определила новые возможности, которые компания имеет все шансы использовать.

«Мы хотели сделать две вещи: воспользоваться преимуществами, которые дает жидкое погружение, набирающее силу в индустрии центров обработки данных примерно с 2017 года, а также отвязать наш бизнес от цены биткоина», — сказал он.

«Я думаю, что это был действительно мудрый выбор, потому что он позволил нам диверсифицировать сегментацию рынка в быстрорастущих областях, а также воспользоваться возможностью применить себя в определенных криптовалютных сценариях, где это хорошо сочетается».

Похоже, что стратегия приносит дивиденды; компания быстро набирает обороты и недавно добавила Microsoft в список своих клиентов. Следующая задача, стоящая перед LiquidStack, — вывести двухфазное жидкое погружение на рынок в больших масштабах.

Идеальная жидкость

Самым важным ингредиентом в уравнении иммерсионного охлаждения является диэлектрическая жидкость. Эти соединения обладают очень специфическим набором свойств, что означает, что они способны чрезвычайно эффективно охлаждать компьютерное оборудование, не вызывая при этом никаких повреждений.

В настоящее время LiquidStack использует для своих погружных резервуаров жидкость под названием Novec 7000, которая производится компанией 3M. Эта жидкость нетоксична, непроводяща и имеет низкую температуру кипения — всего 34 градуса Цельсия (93 градуса по Фаренгейту), что идеально подходит для сценариев двухфазного иммерсионного охлаждения.

В отличие от иммерсионных жидкостей на масляной основе, жидкости типа Novec 7000 также не воспламеняются, что снижает риск возгорания центра обработки данных с катастрофическими последствиями для клиентов провайдеров веб-хостинга, пустого хостинга, хостинга серверов и колокейшн.

«Эти жидкости изначально были разработаны для очистки компьютерных компонентов на печатных платах и внутри серверов», — пояснил Кейпс. «И они до сих пор широко используются в качестве мягкого растворителя в полупроводниковой промышленности».

«Когда вы достаете сервер из этой жидкости, он становится сухим в течение 30 секунд. Это огромное преимущество с точки зрения удобства обслуживания».

Однако те же свойства, которые делают эти жидкости превосходными растворителями, также создают проблемы в условиях центра обработки данных; высокая скорость испарения означает, что легко и быстро потерять большое количество жидкости.

По этой причине резервуары LiquidStack герметичны в процессе эксплуатации (по словам Capes, ни пыль, ни воздух не могут проникнуть внутрь) и разработаны таким образом, что при замене и извлечении оборудования теряется минимальное количество жидкости.

Следующее поколение диэлектрических жидкостей, однако, является наиболее интересным. По словам Кейпса, такие компании, как 3M, Chemours и другие, находятся на пороге разработки жидкостей с практически полным отсутствием потенциала глобального потепления (GWP).

Заменив озоноразрушающие хладагенты для центров обработки данных (такие как R410A и R407c) на диэлектрические жидкости с нулевым ПГП и заменив водо- и энергоемкие методы охлаждения погружением, компания LiquidStack надеется значительно снизить воздействие индустрии центров обработки данных на окружающую среду.

«Только в этом году центры обработки данных будут потреблять 300 миллиардов литров воды для отвода внешнего тепла. Возможность свести это число к нулю является революционной», — сказал Кейпс.

«Я стремлюсь достичь дня, когда вода не будет испаряться для отвода тепла. Уже одно это может принести огромную пользу планете».

Повышение производительности

Однако возможность сделать помещения центров обработки данных более экологичными — далеко не единственное преимущество погружения в жидкость; новое исследование компании Microsoft показывает, что эта техника способна также обеспечить значительный прирост производительности.

«Вычислительные мощности всегда были на подъеме благодаря постоянным технологическим усовершенствованиям в индустрии производства полупроводников и упаковки. Этот рост вычислительных возможностей обычно сопровождается резким увеличением плотности теплового потока», — объясняют исследователи.

«Современные технологии воздушного охлаждения дросселируются после определенного уровня теплового потока и требуют больших радиаторов, прогоняющих через себя огромный поток воздуха, что может быть нежелательно с точки зрения эксплуатации центра обработки данных. Следовательно, поиск передовых методов управления тепловым режимом просто необходим».

Согласно данным, собранным компанией Microsoft, которая экспериментирует с погружными резервуарами LiquidStack в своих центрах Azure, некоторые серверные чипсеты могут быть разогнаны более чем на 20% благодаря превосходному терморегулированию.

Возможность значительно ускорить выполнение сложных рабочих нагрузок ИИ с помощью иммерсионного охлаждения может иметь серьезные последствия практически для всех отраслей, от финансов и фармацевтики до производства и многого другого. Вполне возможно, что, например, вакцины Covid появились бы у нас еще раньше.

Как объясняет Кейпс, иммерсия открывает возможности и в контексте проектирования стоек и планировки помещений. Поскольку больше нет необходимости в громоздких радиаторах, большее количество серверов можно разместить на гораздо меньшей площади.

Теоретически это означает, что плотность вычислений в центрах обработки данных может быть увеличена на значительную величину без необходимости модернизации серверных процессоров или расширения физической площади.

В ближайшие годы ожидается увеличение объема вычислений на границе, где пространство стоит дорого. Возможность втиснуть большую вычислительную мощность в более компактное пространство может позволить использовать ряд новых граничных вычислений в пригородных и даже городских условиях, сократив задержки практически до нуля.

Кейпс даже говорит, что, возможно, охлаждение с погружением в жидкость в конечном итоге в каком-то виде дойдет до потребительского сектора, возможно, проложив путь к следующему поколению чудовищных игровых установок.

«С фундаментальной точки зрения, мы переживаем действительно захватывающее время. Я думаю, что перемены трудны, но они вполне реальны, и мы испытываем большую тягу на рынке», — добавил Кейпс.

«Мы видим полное возрождение полупроводниковой и аппаратной промышленности, что только поможет ускорить развитие жидкого погружения».