液冷配電盤の熱設計

インターネット、クラウドコンピューティング、ビッグデータサービスの増加に伴い、データセンターの総エネルギー消費量は増加しており、そのエネルギー効率にもますます注目が集まっています。データ統計によると、中国のデータセンターの平均電力使用効率 (PUE) 値は 1.49 で、これは国家発展改革委員会が提案した新しい大規模データセンターの要件である 1.25 未満よりもはるかに高いです。 PUE の削減が急務となっていますが、ネットワーク機器メーカーはチップの高性能を確保しながらエネルギー消費を大幅に削減するにはどうすればよいでしょうか?冷却システムは、パフォーマンスとエネルギー消費の両方に影響を与える重要な要素として、データセンター改革の焦点となっており、液体冷却技術は、その独自の利点により、主流の冷却ソリューションとして徐々に従来の空冷に取って代わりつつあります。

データ センターの平均エネルギー消費量は 33% にも上り、これはデータ センターの総エネルギー消費量の 3 分の 1 近くであることがわかりました。これは、データセンターで使用される従来の空冷冷却システムは、冷却媒体として比熱容量が非常に低い空気を使用しており、この空気は装置内のファンによって駆動され、CPU やその他の熱源から IT から離れたヒートシンクに熱を伝達するためです。機器の熱放散と冷却のために空気を循環させるためにファンコイル熱交換器または空調用冷凍機を再利用することも、空冷の必要な制限です。したがって、冷却システムのエネルギー効率をどのように解決するかが、新しい政策環境において機器メーカーが直面する技術的反復課題となっています。

デバイスチップの放熱要件の観点から。スイッチ チップの開発により、高性能チップ プロセス (5nm など) によりユニットのコンピューティング消費電力を効果的に削減できますが、スイッチ チップの帯域幅が 51.2Tbps に増加するため、単一チップの総消費電力は約900W。デバイスチップの放熱問題をどう解決するかが、ハードウェア設計全体の難しいポイントとなっています。空冷システムの冷却能力は限界に近づいています。空冷ヒートシンクは現在のスイッチの放熱問題を解決できますが、将来的に 102.4/204.8Tbps が主流になり、チップの消費電力が増加すると、最終的には不十分になります。したがって、次世代の IT 機器には、より効率的な液体冷却技術が登場しています。今後 5-10 年間で、データセンターの空冷冷却が徐々に液体冷却に置き換わるというのが業界のコンセンサスとなっています。

現在の液冷技術は主に単相液冷と二相液冷に分けられます。単相液体冷却とは、冷却液が循環熱放散プロセス全体を通じて液体の状態を維持し、高い比熱容量により容易に熱を奪うことを指します。二相液体冷却とは、循環熱放散プロセス中の冷却剤の相変化を指し、冷却剤は非常に高いガス化潜熱を通じて機器の熱を運び去ります。他の方式と比較して、単相液冷は複雑さが低く、実現が容易であり、その放熱能力はデータセンターの IT 機器をサポートするのに十分であるため、現在のバランスの選択肢となっています。

単相液体冷却は、コールドプレート液体冷却と浸漬液体冷却に分けられます。コールドプレート液体冷却は、液体冷却プレートを装置の主加熱装置に固定し、コールドプレートを流れる液体に依存して熱を奪い、放熱の目的を達成します。浸漬液体冷却は、マシン全体を冷却液に直接浸し、液体の自然または強制循環を利用してサーバーなどの機器の動作によって発生する熱を取り除くプロセスです。

コールド プレート液体冷却の利点には、コンピュータ ルーム全体の変更が最小限で済み、ラック、冷却分配ユニット (CDU)、および給水システムの変更のみが必要であることが含まれます。さらに、コールド プレート液体冷却は幅広い種類の冷却剤を使用でき、浸漬冷却よりもはるかに少ない量で冷却できるため、初期投資コストが低くなります。さらに、コールド プレート液体冷却産業チェーンはより成熟しており、市場でより受け入れられています。

浸漬液体冷却の利点は次のとおりです。(1) 冷媒が機器に直接接触するため、放熱能力がより強くなり、機器が過熱するリスクが低くなります。 (2) 浸漬型液体冷却装置にはファンが必要ないため、振動が少なくなり、ハードウェア装置の耐用年数が長くなります。 (3) 浸漬液冷機械室側の冷水供給温度が高く、屋外側の方が放熱しやすい。そのため、空冷時代のように機械室の設置場所が地域や温度に制限されることがなくなりました。

データセンター スイッチに液冷技術を適用すると、スイッチ自体の熱問題が解決されるだけでなく、液冷サーバーとの統合展開が可能になり、データセンター インフラストラクチャの統合構築と運用が容易になります。液体冷却は、パフォーマンスを最大化し、より優れたデータセンター製品を開発し、グリーンデジタル経済を共同で構築するための新しいテクノロジーの交換をサポートします。