Іммерсійне охолодження серверів набирає популярність

Компанія Green Revolution Cooling повідомляє, що в найближчі кілька місяців дві дуже великі інтернет-компанії оголосять про плани щодо переведення частини своїх дата-центрів на іммерсійне охолодження. У червні або липні цього року стартують демонстраційні проекти, в ході яких оператори ЦОД занурять сервери в мінеральне масло. Передбачається, що в масштабах щодо великого дата-центру подібний крок допоможе домогтися істотного зниження витрат на електроенергію. Назвати конкретні компанії представники Green Revolution Cooling відмовилися, посилаючись на вимоги угод про конфіденційність (NDA), але підкреслили, що мова йде, як мінімум, про "двох компаніях, які володіють сотнями тисяч серверів". Це інтернет-гіганти рівня Facebook, Amazon і AT & T.

У машзалі дата-центрів, дані про місце розташування яких з'являться в другій половині року, поруч з мішками солі, яка використовується при експлуатації установки для пом'якшення води, знаходитимуться наповнені мінеральним маслом ємності заввишки близько метра. У цих ємностях будуть покоїтися серверні материнські плати та інша електроніка, кліпаючи крихітними LED-чіпами, як невідомі біолюмінесцентного істоти з океанської безодні.

Усередині резервуарів будуть розміщені дуже довгі ряди матплат, напханих оперативною пам'яттю, процесорами, жорсткими дисками і кабелями, - аналогічну картину можна спостерігати в серверних стійках будь-якого традиційного центру обробки даних. Там електроніка часто охолоджується за допомогою звичайного повітря, циркулюючого усередині механічної системи охолодження, яка починається з гігантською системи кондиціонування повітря і закінчується маленьким вентилятором в стійці.

Рис. 1. Оманливе проста система иммерсионного охолодження від Green Revolution Cooling.

Представники Green Revolution Cooling повідомили, що клієнтами компанії стали провайдери хмарних сервісів, назви яких вже стали «прозивним». Насправді таких компаній не так вже й багато. На думку відразу ж приходять VMWare, Microsoft, Salesforce, Rackspace, Amazon і IBM. Крім того, наголошується, що вендор паралельно проводить тестування своїх систем охолодження разом з найбільшими соціальними мережами (Facebook або Twitter?) І відомими американськими телекомунікаційними компаніями (AT & T або Terremark Verizon?).

Технологія иммерсионного охолодження тривалий час залишалася прерогативою тільки найважливіших обчислювальних платформ - де ціна не має особливого значення (суперкомп'ютерні кластери військових або дата-центри на Уолл-стріт, де даунтайм в тисячні частки секунди може коштує мільйони доларів). Якщо озвучена вище інформація правдива, то той факт, що компанії рівня Microsoft, Amazon і IBM всерйоз розглядають можливість масштабного переходу на іммерсійне охолодження серверів, демонструє, наскільки нераціональної є інфраструктура сучасних ЦОД. Це також показує, що компанії хочуть розміщувати обладнання в місцях, які раніше вважалися непридатними для цих цілей. Інтернет-гіганти хочуть поступово зменшити свою залежність від величезних вентильованих будівлі, в яких в даний час розташовуються обчислювальні системи і системи зберігання даних.

Печера з клімат-контролем для ніжних кремнієвих квітів

Рис. 2. Прихильники систем рідинного охолодження стверджують, що навіть самі високоефективні дата-центри, побудовані Google і Facebook, можна зробити більш дешевими в експлуатації.

Сучасний дата-центр нагадує інкубатор для екзотичних видів рослин, які можуть нормально розвиватися лише за підтримці температури у вузькому діапазоні, а також не зовсім добре переносять пил. Усередині машзалу ряд за рядом височіють серверні стійки, які являють собою свого роду високопродуктивні ПК, позбавлені корпусів і непотрібних компонентів. Стійки розташовуються пліч-о-пліч, але при цьому між ними достатньо місця для забезпечення безперешкодної циркуляції потоків повітря. Усередині стійок для захисту від пилу підтримується надлишковий тиск.

Коли всі ці мікросхеми працюють, майже вся надходить в них електроенергія в процесі обчислень перетворюється в тепло. Тепловиділення обчислювальної електроніки останнім часом стало вкрай актуальною проблемою. Наведемо найочевидніший приклад: більша частина вартості нового дата-центру в даний час припадає на проектування і створення системи повітряного охолодження серверів. Ще одна солідна сума витрачається безпосередньо на самі сервери, які з кожним роком стають все більш дешевими, але при цьому їх все складніше охолоджувати. У деяких дата-центрах шум вентиляторів і кондиціонерів, необхідних для досить швидкого переміщення повітряних мас через серверні стійки, настільки високий, що технічні фахівці повинні використовувати засоби захисту слуху (звукоізоляційні навушники). На даному етапі ЦОД споживають близько 2% гарніруемой у всьому світі електроенергії. Вони витрачають в 50 разів більше електроенергії порівняно з офісними будівлями порівнянних розмірів.

Скорочення вартості будівництва ЦОД в 2 рази і зменшення витрат на охолодження на 80%

Рис. 3. В Університеті Лідса тепло від стійки серверів Iceotope з рідинним охолодженням передається в радіатор, який опалює лабораторію всю зиму.

Багато компанії проектують і продають системи рідинного охолодження, в тому числі і Green Revolution Cooling. До числа перспективних брендів також відносяться Iceotope, Liquid Cool, Asetek і Coolcentric. Всі ці компанії використовують одну і ту ж концепцію, яка заснована на простих фізичних принципах. Рідини щільніше повітря, і тому вони краще справляються з роллю теплоприемника. Розрізняються лише типи рідин, які вибирають різні компанії (від води до мінерального масла і більш екзотичних хімічних речовин), а також методи переміщення рідин і утримування холодоагенту окремо від електроніки, де це необхідно.

Наприклад, в системі Asetek в якості теплосприймач використовуються спеціальні металеві водоблоки. Ці водоблоки кріпляться безпосередньо до гарячих частин сервера. Через них циркулює вода, відводячи зайве тепло. Подібна концепція передбачає необхідність використання безлічі трубопроводів і насосів. Крім того, вся система повинна бути гранично точно спроектована і виконана для запобігання витоків.

Ще одним цікавим продуктом є сервери Iceotope, які знаходяться в герметичних алюмінієвих корпусах, заповнених вщерть рідким холодоагентом Novec від 3М. Novec має низьку в'язкість, тому нагрівання холодоагенту призводить до утворення природних конвекційних потоків. Тобто холодоагент циркулює усередині герметичного корпусу сервера, передаючи тепло теплосприймач на зовнішній стороні корпусу, через який циркулює вже вода. Контур з водою, у свою чергу, можна підключити до опалювальних приладів або до градирні. Novec кипить при відносно низькій температурі. Це означає, що в разі розгерметизації корпусу через тріщини рідина буде швидко випаровуватися, потрапляючи в зовнішнє простір.

Потрібно відзначити, що низька температура кипіння Novec змусила фахівців 3M поекспериментувати з використанням даного холодоагенту для охолодження комп'ютерів шляхом його випарювання і повторної конденсації - як у холодильнику.

Розробка Green Revolution Cooling відрізняється відносно низьким рівнем впровадження передових технологій, через що вона різко контрастує з рішеннями конкурентів. Все, що потрібно для роботи цієї системи охолодження в даному випадку зводиться до великих відкритих резервуарам для материнських плат, насосами для перекачування масла і теплообмінникам. Для довідки, мінеральне масло не шкодять елементам сервера - воно є поганим провідником електрики. Тому масло може вільно циркулювати поруч з мікросхемами. Отже, єдиним компонентом системи охолодження, який може відмовити, є насос.

Щоб успішно рости і розвиватися в майбутньому, всім цим фірмам необхідно подолати один відомий бар'єр, який заважає масовому впровадженню систем рідинного охолодження, - потрібно знизити їх вартість. Слід зазначити, що Asetek продає більше СЖО, ніж будь-яка інша компанія. Згідно з даними вендора, продано вже більше 1.3 млн. систем рідинного охолодження марки Asetek. І все завдяки ранньому виходу на ринок і комерційному успіху рішень для ігрових ПК і робочих станцій. Тепер компанія розширила спектр своїх інтересів і вийшла в сегмент серверного устаткування. Її маркетологи стверджують, що завдяки економії енергії клієнти можуть повернути інвестиції в системи рідинного охолодження Asetek протягом 12 місяців. Звичайно, такі розрахунки в чому залежать від вартості енергії в конкретному регіоні. Наприклад, даний показник сильно варіюється між США і Європою. Але в цілому результат вражає.

Тим не менш, незважаючи на той факт, що Asetek і є лідером ринку СЖО для ЦОД, її ключовими клієнтами на сьогоднішній день є здебільшого науково-дослідні установи та оператори високопродуктивних кластерів (тобто суперкомп'ютерів), всілякі лабораторій і об'єкти Міністерства оборони США. Представники Asetek відзначають, що вендор на даному етапі ще не займається продажем своїх рішень компаніям на зразок Amazon. Очевидно, що все знову впирається в ціну. Тим не менш, компанія працює над зниженням вартість своїх продуктів, щоб в один прекрасний день вони могли стати доступними для операторів і власників рядових ЦОД.

Саме це і робить новина від Green Revolution Cooling такою цікавою. Гіганти хмарних обчислень, про які говорять представники вендора, являють собою компанії з великими дата-центрами, які всіма правдами і неправдами прагнуть мінімізувати витрати. Якщо вони - після спілкування з конкурентами, вченими, інженерами та іншими фахівцями з суміжних областей - переходять на системи охолодження від Green Revolution Cooling, то напрошується один цілком очевидний висновок: саме ці продукти дозволяють заощадити найбільше грошей.

Маркетологи вендора відзначають, що продукція Green Revolution Cooling дозволяє скоротити початкові витрати на будівництво дата-центру в два рази за рахунок усунення необхідності в проектуванні і розгортанні систем кондиціонування повітря, а також інших спеціалізованих елементів охолоджувальної інфраструктури (наприклад, фальшпідлоги). Але якщо відкинути початкову вартість у бік, можна згадати, що практично всі системи рідинного охолодження дозволяють клієнтам заощадити гроші на рахунках за електроенергію. Недавні випробування системи Iceotope, побудованої інженерами з Університету Лідса, показали, що для її нормального функціонування потрібно на 80% - 97% менше електроенергії, ніж у випадку використання повітряного охолодження для підтримки нормального температурного режиму в порівнянному кількості серверів. Фахівці з Університету Лідса також відзначають, що завдяки рідинним охолодженням можна відчутно зменшити розміри дата-центру, так з'являється можливість мінімізувати простору для циркуляції повітря між серверами.

Майбутнє за обчислювальними системами з рідинним охолодженням?

Рис. 4. Ці резервуари з мінеральним маслом можна розмістити де завгодно - аби був доступ до електроенергії та каналах зв'язку.

Потрібно відзначити, що інформація з деяких проектів за участю Green Revolution Cooling вже стала надбанням громадськості. Наприклад, система иммерсионного охолодження даного вендора використовується в Центрі суперкомп'ютерних обчислень TACC (Texas Advanced Computing Center) при Техаському університеті в Остіні. Система розміщена і успішно експлуатується в брудних і запилених складських приміщеннях. У той час як в розташованому поруч ЦОД з фальшполами і кондиціонерами розміщуються звичні високопродуктивні сервери, які займають старомодні стійки. Іншими словами, для роботи продукту Green Revolution Cooling потрібен тільки плоский підлогу, дах і електроенергія.

Звичайно, мова йде про поки ще тільки зароджується індустрії. Незважаючи на перспективність технології і впливових потенційних клієнтів, Green Revolution Cooling досі залишається всього лише невеликим стартапом. У штаті компанії всього 13 співробітників, які займаються проектуванням нових систем. Збірка і доставка продуктів покладено на плечі аутсорсеров. Але якщо компанія вирішить ліцензувати свої напрацювання, а не продавати готове обладнання, її розмір не буде мати абсолютно ніякого значення. Покупцями, зокрема, можуть виступати компаній на кшталт Google, Facebook і Amazon, для яких індивідуальний дизайн дата-центрів і навіть серверів є важливою конкурентною перевагою. Можливо, хмарні гіганти вважатимуть за краще не купувати готові продукти, а адаптувати цю технологію під свої власні запити, після чого просто заплатять винахідникам за цю можливість.