Technologie de refroidissement liquide : une nouvelle façon d'économiser de l'énergie et de réduire la consommation pour les centres de données
À l'ère de l'économie numérique et de l'Internet des objets, le calcul et le traitement de données massives nécessitent une expansion continue de l'infrastructure des centres de données, ce qui pose également le problème d'une forte augmentation de la consommation d'énergie. Selon le « Rapport de recherche sur le développement de la « nouvelle infrastructure » chinoise, d'ici 2025, les centres de données mondiaux représenteront la plus grande part de la consommation mondiale d'énergie, jusqu'à 33 %. En Chine, la consommation électrique des centres de données nationaux a été augmentant à un rythme de plus de 12 % pendant huit années consécutives, et la proportion de la consommation d'électricité dans la société continuera d'augmenter à l'avenir.
La consommation énergétique des centres de données provient principalement de deux aspects : la consommation électrique des serveurs eux-mêmes et la puissance de refroidissement nécessaire au refroidissement des serveurs. Avec l'amélioration de la puissance de calcul dans les centres de données, le plus gros investissement pour les centres de données nouvellement construits n'est pas le bâtiment lui-même, mais le coût de l'équipement pour assurer l'alimentation électrique et le coût du refroidissement du centre de données. Selon les statistiques, le système de réfrigération des centres de données représente environ 40 % de la consommation d'énergie de l'ensemble du centre de données.
La technologie de refroidissement liquide fait référence à l'utilisation d'un liquide comme moyen de transfert de chaleur pour échanger de la chaleur contre les composants chauffants et évacuer la chaleur, plutôt que de refroidir indirectement par l'air comme le refroidissement par air. Le liquide a un meilleur effet de conductivité thermique, 25 fois celui de l'air, et un effet de transfert de température plus rapide et meilleur. Pendant ce temps, en raison de la grande capacité thermique spécifique des liquides, leur température ne change pas de manière significative après avoir absorbé une grande quantité de chaleur, stabilisant ainsi la température du processeur. La technologie de refroidissement liquide peut être divisée en trois types : le type par pulvérisation, le type par immersion et le type à plaque froide.
Refroidissement liquide par pulvérisation :
Stockez le liquide et les trous ouverts sur le dessus du châssis, permettant au liquide de refroidissement de se pulvériser sur l'élément chauffant en fonction de sa position et de la taille de la génération de chaleur, atteignant ainsi l'objectif de refroidissement de l'équipement. Le liquide pulvérisé entre en contact direct avec le dispositif refroidi, ce qui entraîne une efficacité de refroidissement élevée ; Cependant, pendant le processus de pulvérisation, le liquide subira une dérive et une évaporation lorsqu'il rencontrera des objets à haute température. Des gouttelettes de brouillard et des gaz seront émis le long des interstices des trous du châssis vers l'extérieur du châssis, provoquant une diminution de la propreté de l'environnement de la salle informatique ou affectant d'autres équipements.
Refroidissement liquide par immersion :
Les composants électroniques sont directement immergés dans un liquide diélectrique placé dans un récipient hermétique mais facilement accessible, et la chaleur est transférée des composants électroniques au liquide. Habituellement, une pompe de circulation est utilisée pour acheminer la solution de fluorure électronique chauffée vers un échangeur de chaleur, où elle refroidit et circule de nouveau dans le récipient. Le type d'immersion peut être divisé en deux types : monophasé et biphasé. Dans le refroidissement par liquide d'immersion monophasé, le liquide fluoré électronique reste à l'état liquide ; Dans le refroidissement liquide par immersion en deux phases, le processus d'ébullition et de condensation du liquide de fluoration électronique améliore de manière exponentielle l'efficacité du transfert de chaleur du liquide.
Refroidissement liquide par plaque froide :
Refroidissement direct de la puce en faisant circuler un milieu liquide à travers une pompe à travers une plaque froide assemblée en composants électroniques pour la dissipation thermique. Les liquides n'entrent pas en contact direct avec les appareils électroniques. Bien que des liquides non diélectriques (tels que l'eau/éthylène glycol) soient couramment utilisés pour le refroidissement direct des puces, les liquides fluorés électroniques diélectriques peuvent également être utilisés pour les applications directes des puces, réduisant ainsi les risques liés aux fuites et améliorant la fiabilité du matériel/équipement informatique. Les technologies monophasées et biphasées peuvent être utilisées pour réaliser un refroidissement direct des puces.
À l'heure actuelle, la technologie de refroidissement liquide a été appliquée et validée dans certains centres de données nationaux et étrangers. Par exemple:
Alibaba Cloud : En 2018, Alibaba Cloud a lancé le premier cluster de supercalcul au monde basé sur une technologie de refroidissement liquide immersive : X-Dragon Super Computing Cluster. Ce cluster adopte une solution de refroidissement liquide par immersion biphasée, immergeant complètement les serveurs dans une solution fluorée et obtenant une dissipation thermique efficace grâce à l'ébullition et à la condensation de la solution fluorée. Selon Alibaba Cloud, ce cluster peut réduire la consommation électrique des serveurs de 50 %, améliorer l'efficacité du refroidissement de 80 % et économiser de l'espace dans le centre de données et des coûts de maintenance.
Tencent Cloud a construit le premier centre de données au monde basé sur la technologie de refroidissement par liquide pulvérisé, le Guiyang T3 Data Center, à Guizhou en 2019. Le centre de données adopte un système de refroidissement par liquide pulvérisé, qui pulvérise une solution de fluorure sous forme atomisée au-dessus du serveur et permet une dissipation thermique. par échange thermique entre la solution de fluorure et l’air. Selon Tencent Cloud, le centre de données peut réduire le PUE en dessous de 1,2, économiser 30 % de l'espace de la salle informatique et améliorer les performances et la fiabilité du serveur.
Microsoft a coulé le projet Natick, un centre de données basé sur une technologie de refroidissement liquide immergé, sous la mer en Écosse en 2020. Le centre de données adopte un système de refroidissement liquide par immersion monophasé, immergeant complètement le serveur dans un récipient sous pression rempli d'azote et utilisant de l'eau de mer pour dissipation thermique. Selon Microsoft, le centre de données est capable de parvenir à un approvisionnement énergétique autosuffisant et présente une fiabilité et une sécurité plus élevées.
Avec l'expansion continue de l'échelle des centres de données, l'augmentation de la densité de calcul, l'augmentation des coûts énergétiques et l'augmentation des exigences environnementales, la technologie traditionnelle de refroidissement par air n'est plus en mesure de répondre aux besoins de développement des centres de données. La technologie de refroidissement liquide, en revanche, présente des avantages évidents tels que les économies d'énergie et la réduction de la consommation, l'adaptabilité environnementale, la conception flexible, l'utilisation de la chaleur perdue et le respect de l'environnement, ce qui en fait l'orientation future du développement de la technologie de refroidissement des centres de données.
