Объяснение жидкостного охлаждения
Что такое охлаждение CDU и почему это важно прямо сейчас
Охлаждение CDU — практика использования Блок распределения охлаждающей жидкости для регулирования температуры, давления и потока жидкого хладагента внутри центра обработки данных — превратился из нишевого варианта в архитектуру по умолчанию для любого объекта, обрабатывающего рабочие нагрузки искусственного интеллекта или высокопроизводительных вычислений. Ответ прост: максимальная мощность воздушного охлаждения составляет примерно 8 кВт на стойку, в то время как современные стойки для обучения искусственному интеллекту, на которых работают кластеры графических процессоров следующего поколения, обычно превышают 130 кВт на стойку, а некоторые системы с жидкостным охлаждением работают выше 250 кВт на стойку (Aulank Pump, 2026). CDU устраняет разрыв между теплом, вырабатываемым ИТ-оборудованием, и системой водоснабжения объекта, которая в конечном итоге отводит это тепло во внешний мир.
По своей сути CDU создает изолированный вторичный контур — отдельный от охлажденной воды объекта — и циркулирует охлаждающую жидкость через охлаждающие пластины, установленные непосредственно на процессорах и графических процессорах. Тепло, поглощенное теплоносителем, проходит через внутренний пластинчатый теплообменник обратно в контур установки. CDU также обеспечивает управление точкой росы, фильтрацию, балансировку потока и обнаружение утечек. Без правильно подобранного и введенного в эксплуатацию CDU стойка с жидкостным охлаждением не может работать безопасно.
1,82 миллиарда долларов Прогнозируемая рыночная стоимость CDU к 2032 году (СГТР 23,5%)
250 кВт Тепловая нагрузка на стойку в кластерах искусственного интеллекта высокой плотности (2026 г.)
2,6 МВт Максимальная мощность новых платформ CDU корпоративного класса (DCX, 2026 г.)
Как работает охлаждение CDU: полный гидравлический контур
Понимание охлаждения CDU требует понимания того, что каждая установка включает в себя как минимум два отдельных контура жидкости. Первичный контур, часто называемый системой водоснабжения объекта (FWS), снабжается чиллерами или градирнями здания. Вторичный контур, называемый технологической системой охлаждения (TCS), представляет собой контур, который фактически касается ИТ-оборудования. CDU находится на интерфейсе.
Отношения первичного и вторичного цикла
Два контура гидравлически изолированы пластинчатым теплообменником внутри CDU. Эта изоляция не подлежит обсуждению: вода на объекте часто содержит химические вещества, частицы или перепады давления, которые могут повредить холодные пластины или интерфейсы чипов. Внутренний пластинчатый теплообменник CDU позволяет передавать тепло со стороны TCS на сторону FWS без смешивания жидкостей. В соответствии с рекомендациями ASHRAE, приведенными в технических документах нескольких производителей CDU, необходимо поддерживать температуру подачи TCS. выше точки росы дата-центра для предотвращения образования конденсата на электронике — обычно 17–22°C в зависимости от условий окружающей среды.
Сила перекачки, которая прогоняет охлаждающую жидкость через вторичный контур, возникает из-за того, что инженеры обычно называют Гидравлический силовой агрегат постоянного тока — компактный узел, сочетающий в себе бесщеточный двигатель постоянного тока, крыльчатку или вихревой насос и контроллер частотно-регулируемого привода (ЧРП). В современных конструкциях CDU, устанавливаемых в стойку, пространство измеряется в стоечных единицах (U), а в опубликованных технических заметках Panasonic описывается установка трех насосных агрегатов во внутреннем пространстве высотой 4U (178 мм), обеспечивая при этом расход 70 литров в минуту — улучшение на 75 % по сравнению с более ранними конструкциями со скоростью 40 л/мин, достигнутое за счет анализа магнитного поля и оптимизации гидродинамики (Panasonic, 2025).
Подход к созданию гидравлической силовой установки постоянного тока будет доминировать над конструкциями двигателей переменного тока в 2025–2026 годах по трем причинам. Во-первых, бесщеточные двигатели постоянного тока исключают износ коммутатора, который сокращает срок службы в центрах обработки данных с высокой влажностью. Во-вторых, управление переменной скоростью, доступное через ШИМ или аналоговые сигналы 0–10 В, позволяет контроллеру CDU точно модулировать поток в ответ на изменение температуры чипа, не запуская насосы на полную мощность в периоды низкой нагрузки. В-третьих, совместимость с шиной 12 В постоянного тока и 48 В постоянного тока означает, что насосный узел может питаться непосредственно от распределительной сети серверной стойки без необходимости использования отдельного понижающего трансформатора переменного тока (Moog CoreMotion, 2025).
Конструкции с магнитным приводом (бесгерметичная конструкция) становятся все более обязательными во вторичных контурах с прямым подключением к кристаллу, поскольку любая утечка жидкости рядом с работающей электроникой является событием потери оборудования, а не служебной проблемой. В руководстве по выбору Aulank Pump от 2026 года документально подтверждено, что центробежные конструкции с механическим уплотнением «все чаще отсутствуют в новых конструкциях CDU», учитывая неприемлемую частоту отказов уплотнений во вторичных контурах под давлением 4–6 бар.
Фильтрация, датчики и интеллектуальное управление
Помимо насоса и теплообменника, CDU объединяет несколько подсистем. Фильтрующие картриджи размером от 0,2 до 50 микрон удаляют частицы, которые в противном случае могли бы повредить микроканалы холодной пластины или заблокировать отверстия коллектора. Датчики давления, температуры и перепада давления на обеих сторонах теплообменника подают сигнал на ПЛК или встроенный контроллер. Этот контроллер запускает алгоритмы с обратной связью, которые устанавливают скорость насоса, регулируют регулирующие клапаны и подают пожарную сигнализацию при обнаружении отклонения точки росы или утечки. Корпоративные платформы, такие как линейка DCX ECDU, поддерживают интерфейсы OPC UA, MQTT, BACnet IP и SNMP, что позволяет CDU напрямую интегрироваться с системами управления зданием (BMS) или платформами управления инфраструктурой центра обработки данных (DCIM) (DCX, 2026).
Типы конфигураций охлаждения CDU
Охлаждение CDU — это не отдельный продукт; он охватывает широкий диапазон форм-факторов, адаптированных к плотности стоек, доступной площади и существующей инфраструктуре водоснабжения объекта. Тремя доминирующими конфигурациями в 2025–2026 годах будут стоечные CDU, рядные CDU и централизованные блоки CDU.
■
Встраиваемый в стойку CDU
Устанавливается непосредственно внутри серверной стойки, обычно в шасси высотой от 4U до 8U внизу или сзади. Идеально подходит для локального охлаждения одной стойки. Насосные агрегаты Panasonic являются ведущим выбором компонентов для этого формата. Мощность обычно составляет 30–200 кВт на единицу. Лучше всего подходит для арендаторов колокейшн, которые не могут модифицировать общую инфраструктуру объекта.
■
Внутрирядный CDU
Расположен в конце или между рядами стоек и обслуживает несколько стоек через распределительную сеть. Этот формат используется большинством корпоративных платформ CDU, включая Eaton ROL2300 (до 2,3 МВт) и серию DCX ECDU (от 600 кВт до 2,6 МВт). Резервированные группы насосов (N 1 или 2N) входят в стандартную комплектацию. Подходит для гипермасштабируемых и крупных корпоративных центров обработки данных.
■
Централизованный блок CDU
Большой предварительно собранный гидравлический блок, установленный в механическом помещении или техническом коридоре и обслуживающий весь информационный зал или зону охлаждения. Например, в централизованных узлах Supreme Integrated Технология используются двойные насосно-моторные группы мощностью 125 л.с., частотно-регулируемые приводы Danfoss и специально изготовленные теплообменники. Мощность может достигать 5–8 МВт в сочетании с распределительными устройствами (FDU) на уровне объекта. Оптимально для гипермасштабируемых проектов с нуля.
Сравнение типов конфигураций охлаждения CDU по ключевым параметрам размещения | Конфигурация | Типичная мощность | Лучшее приложение | Тип насоса Общий | Модель резервирования |
| Встраиваемый в стойку CDU | 30–200 кВт | Одностоечный, колокейшн | Бесщеточный постоянный ток, магнитный привод | N 1 насосный комплект |
| Внутрирядный CDU | 200 кВт – 2,6 МВт | Многостоечный, корпоративный, HPC | Центробежный / с управлением от VFD | 2×50% или N 1 |
| Централизованный скид | 2,5 МВт – 8 МВт | Гипермасштабирование, целые залы данных | Центробежный двигатель высокой мощности, Danfoss VFD | 2N или два основных пути |
Выбор гидравлического блока питания постоянного тока для систем охлаждения CDU
Выбор подходящего гидравлического силового агрегата постоянного тока для системы охлаждения CDU предполагает балансировку пяти взаимосвязанных параметров: расхода, давления напора, эффективности двигателя, пределов шума и совместимости охлаждающей жидкости. Ошибка в любой из этих проблем может поставить под угрозу безотказную работу системы или ускорить износ компонентов.
01
Требования к расходу
Расход во вторичных контурах CDU определяется тепловой нагрузкой и допустимым повышением температуры на холодных пластинах. Обычной расчетной точкой является разница температур 10–12 К (дельтаТ) на вторичной стороне. Для стойки мощностью 200 кВт при дельтаТ 10 К с использованием воды (удельная теплоемкость ~ 4,18 кДж/кг·К) требуемый поток составляет примерно 4,8 л/с или 288 л/мин. Встраиваемые в стойку гидравлические силовые агрегаты постоянного тока от Panasonic достигают производительности 70 л/мин на насос; три устройства, подключенные параллельно, дают 210 л/мин для одной стойки — этого достаточно для стоек мощностью примерно до 150 кВт при дельтаТ 10 К.
02
Напорные и микроканальные холодные пластины
Современные микроканальные охлаждающие пластины графического процессора создают значительные перепады давления — часто 0,5–1,5 бар на каждую холодную пластину, а полный стоечный коллектор, распределяющий поток на 8–16 холодных пластин, может потребовать 3–5 бар доступного напора от гидравлического силового агрегата постоянного тока. Гидравлические насосы вихревых (регенеративных турбин) по своей сути обеспечивают высокий напор при умеренном расходе, поэтому они стали основным выбором для применений вторичного контура CDU. Уровни пульсации должны оставаться ниже 2% от пика до пика, чтобы избежать вибрации, вызванной потоком, на медных конструкциях с холодными пластинами.
03
КПД двигателя и управление переменной скоростью
Высокоэффективный бесщеточный двигатель постоянного тока, приводящий в движение крыльчатку с магнитной связью, может достигать КПД двигателя 85–92% во всем диапазоне рабочих скоростей. Интеграция частотно-регулируемого привода снижает потребление энергии насосом на 30–50 % в периоды частичной нагрузки по сравнению с работой с фиксированной скоростью. Платформа Moog CoreMotion поддерживает работу с напряжением 12 В постоянного тока, 48 В постоянного тока и 230/240 В переменного тока от одного и того же физического корпуса насоса — преимущество при переходе предприятий на стоечное распределение питания 48 В, которое становится стандартом в гипермасштабных средах.
04
Шум и вибрация
Встроенные в ряд и в стойку CDU устанавливаются в залах обработки данных, где акустическая эмиссия влияет на условия работы технических специалистов. Гидравлические силовые агрегаты постоянного тока с магнитным приводом и бессальниковой конструкцией значительно тише, чем варианты с шестеренчатым или лопастным насосом, поскольку в пути жидкости отсутствует контакт металла с металлом. Некоторые производители CDU (включая TOPSFLO) указывают уровень шума ниже 45 дБ(А) при номинальном расходе, что позволяет использовать их в средах смешанного использования или рядом с офисами, где устройства воздушного охлаждения на базе CRAC были бы неприемлемы.
05
Совместимость охлаждающей жидкости
В большинстве вторичных контуров CDU для защиты от замерзания используется деионизированная вода или смесь пропиленгликоля и воды (обычно PG25 — 25% пропиленгликоля по объему). Детали, контактирующие с рабочей средой, должны быть изготовлены из нержавеющей стали 316L или уплотнены EPDM/PTFE для защиты от коррозии. В некоторых вторичных системах погружного охлаждения используются синтетические углеводороды или фторированные жидкости с вязкостью в диапазоне 5–15 сП при рабочей температуре; для них требуется гидравлика насоса, предназначенная для жидкостей с более низкой плотностью и низким поверхностным натяжением, а номинал корпуса двигателя гидравлического силового агрегата постоянного тока должен соответствовать категории воспламеняемости жидкости, если применимо.
Рост рынка систем охлаждения CDU и отраслевые данные
Цифры, связанные с внедрением системы охлаждения CDU, отражают структурный сдвиг в построении и питании центров обработки данных. По данным Intel Market Research (2025 г.), мировой рынок высокомощных CDU оценивается в 414 миллионов долларов США в 2024 году и, по прогнозам, достигнет 1,824 миллиарда долларов США к 2032 году, что представляет собой совокупный годовой темп роста 23,5%. В 2025 году сегмент гипермасштабирования занял 77% доли рынка, подтвердив, что крупнейшие поставщики облачных услуг являются основной движущей силой спроса на CDU.
Плотность стоек способствует внедрению
Связь между плотностью мощности стойки и необходимостью CDU является прямой. Данные отчета о состоянии центров обработки данных за 2024 год Ассоциации управления компьютерными операциями (AFCOM) показывают, что средняя плотность стоек выросла с 6,1 кВт на стойку в 2017 году до 12,0 кВт на стойку в 2024 году. В отчете Omdia за 2024 год прогнозируется, что к 2030 году средняя плотность достигнет 20 кВт на стойку. Однако обучающие кластеры искусственного интеллекта уже значительно превосходят эту кривую: отраслевое руководство Aulank Pump на 2026 год документирует стойки мощностью более 130 кВт для развертываний NVIDIA Blackwell GB200/GB300, а в некоторых конфигурациях мощность превышает 250 кВт на стойку. На этих уровнях воздушное охлаждение не просто неэффективно — оно физически недостаточно.
55% специалистов центров обработки данных, которые ожидают продолжения роста плотности (опрос Uptime Institute 2024, 721 респондент), не спекулируют; они документируют тенденцию, которая уже видна в дорожных картах чипов. Ускорители NVIDIA следующего поколения опубликовали показатели TDP, превышающие 700 Вт на чип, а полные лотки с 8 графическими процессорами работают более 6 кВт в шасси, занимающем пространство стойки 6U — более 1 кВт на единицу стойки без учета потерь в хранилище, сети или резервном источнике питания.
Источник: Состояние центра обработки данных AFCOM, 2024 г.; Руководство по выбору насоса Aulank 2026 CDU
Эффективность охлаждения CDU: влияние PUE и часы естественного охлаждения
Одной из наиболее убедительных причин для установки системы охлаждения CDU вместе с правильно выбранным гидравлическим силовым агрегатом постоянного тока является измеримое улучшение эффективности использования энергии (PUE). PUE — отношение общей мощности объекта к мощности ИТ-оборудования; PUE, равный 1,0, является идеальным, тогда как типичная установка с воздушным охлаждением имеет показатель 1,4–1,8. Согласно опубликованным данным основных поставщиков CDU, включая Vertiv и nVent, объекты с жидкостным охлаждением с оптимизированными установками CDU регулярно достигают значений PUE 1,1–1,2.
Охлаждение теплой водой и расширенное естественное охлаждение
Пластинчатые теплообменники класса AT3, используемые в ведущих платформах CDU (включая серию DCX ECDU), обеспечивают значительно более низкие температуры приближения, чем традиционные конструкции, позволяя подаваемой воде на объекте быть теплой до 45 ° C, при этом отводя тепло из вторичных контуров, работающих при температуре 35–40 ° C. Это важно, поскольку увеличивает количество часов в году, в течение которых сухой охладитель или градирня могут отводить тепло без включения чиллера — так называемые часы естественного охлаждения. В умеренном климате система CDU, рассчитанная на температуру 45°C, может работать без чиллера в течение 6000–8000 часов в год по сравнению с примерно 2000 часами для обычной системы охлажденной воды, требующей подаваемой воды с температурой 7°C (документация DCX ECDU, 2026).
Интеграция рекуперации тепла
Некоторые охлаждающие платформы CDU идут еще дальше, интегрируя третий теплообменник или тепловой насос для повышения температуры рекуперированного тепла для использования в централизованном теплоснабжении или системах HVAC. В документации CDU WKM-Michel описаны системы, способные обеспечивать температуру на выходе, подходящую для низкотемпературных тепловых сетей, с дополнительной технологией теплового насоса для дальнейшего повышения уровня температуры. Это превращает центр обработки данных из чистого источника тепла в частичного поставщика энергии — траектория, согласующаяся с директивами ЕС по устойчивому развитию, требующими, чтобы центры обработки данных, превышающие определенные пороговые значения мощности, сообщали и постепенно сокращали выбросы отходящего тепла.
Боковая фильтрация и долговечность жидкости
Второстепенным фактором эффективности, который часто недооценивается при выборе CDU, является чистота охлаждающей жидкости. Частицы размером более 10 микрон могут повредить поверхности микроканальных холодных пластин, со временем увеличивая термическое сопротивление. Платформы CDU с непрерывной фильтрацией с впрыском бокового потока, которые используются в централизованных конструкциях салазок Supreme Integrated Technology, поддерживают низкое количество твердых частиц, не требуя отключения системы для замены фильтра. В результате снижается ухудшение термического сопротивления, что увеличивает интервал между заменой охлаждающих пластин и поддерживает расчетные коэффициенты теплопередачи на протяжении всего жизненного цикла сервера.
Рекомендации по установке и вводу в эксплуатацию системы охлаждения CDU
Даже хорошо спроектированная система CDU будет работать неэффективно, если установка и ввод в эксплуатацию не будут следовать правильной последовательности. Наиболее распространенные ошибки, наблюдаемые при развертывании в полевых условиях, включают вовлечение воздуха во вторичный контур, неправильные заданные значения точки росы и неправильный ввод в эксплуатацию параметров VFD гидравлической силовой установки постоянного тока.
Промывка и продувка воздухом
Вторичный контур необходимо промыть указанной охлаждающей жидкостью (обычно деионизированной водой с измеренным удельным сопротивлением выше 0,5 МОм·см) перед подключением холодных пластин. Воздушные карманы в микроканалах холодной пластины создают точки перегрева и могут вызвать локальное кипение, даже если температура охлаждающей жидкости значительно ниже температуры насыщения. Автоматические точки стравливания воздуха должны быть установлены во всех верхних точках коллектора, а вентиляционное отверстие CDU должно периодически включаться во время наполнения. Платформы CDU с предварительной обвязкой, такие как модель DCX ECDU Entry, включают встроенные коллекторы подачи/возврата со встроенными точками выпуска воздуха, которые могут сократить трудозатраты на прокладку трубопроводов на месте до 60% по сравнению с покомпонентной сборкой.
Ввод в эксплуатацию заданной точки росы
Алгоритм управления точкой росы контроллера CDU считывает показания температуры и относительной влажности с датчиков внутри информационного зала и рассчитывает минимальную температуру подачи охлаждающей жидкости. Если в зале обработки данных работает температура 24°C и относительная влажность 45%, точка росы составляет примерно 11,5°C, и CDU должен поддерживать вторичную подачу при температуре выше 13°C с подходящим запасом безопасности. Ошибки в размещении датчика — например, размещение датчика влажности рядом с потоком воздуха с перфорированной плиткой, а не в потоке возвратного воздуха — приводят к постоянным сигналам тревоги или, что еще хуже, к необнаруженным событиям конденсации.
Настройка VFD гидравлической силовой установки постоянного тока
Частотно-регулируемый привод, управляющий гидравлической силовой установкой постоянного тока CDU, должен быть настроен на фактическую гидравлическую кривую установленного вторичного контура. Превышение скорости приводит к возникновению избыточного давления на входах охлаждающей пластины, что может привести к выдавливанию уплотнения или повреждению разъема. Настройки пониженной скорости уменьшают поток и позволяют температуре чипа повышаться во время пиковых рабочих нагрузок. Большинство протоколов ввода в эксплуатацию CDU включают регистрацию скорости насоса, перепада давления и температур на входе/выходе в нескольких рабочих точках и проверку соответствия расчетной теплопередачи расчетной тепловой точке сервера с точностью ±5%.
Тестирование резервирования
Прежде чем объявить систему охлаждения CDU работоспособной, каждый резервный насосный агрегат необходимо протестировать изолированно. Для конфигураций N 1 основной насос отключается при проверке того, что резервный блок запускается в течение времени автоматического переключения (обычно менее 3 секунд) и что температура подачи охлаждающей пластины не превышает уставку отключения во время перехода. В конфигурациях 2N обе линии работают одновременно для проверки сбалансированного распределения потока через коллектор, затем каждая линия по очереди изолируется.
Охлаждение CDU в сравнении с альтернативными подходами к жидкостному охлаждению
Охлаждение непосредственно на кристалле на основе CDU является наиболее широко распространенной формой жидкостного охлаждения в центрах обработки данных, но оно существует наряду с теплообменниками с задней дверцей (RDHx), однофазным и двухфазным погружением. У каждого из них своя роль, и требования к гидравлическому блоку питания постоянного тока существенно различаются в зависимости от подхода.
Сравнение технологий жидкостного охлаждения для центров обработки данных (2025–2026 гг.) | Technology | Скорость улавливания тепла | Требуется модификация сервера | Роль гидравлического блока постоянного тока | Максимальная поддерживаемая мощность стойки |
| CDU прямо на чип | 60–80 % тепла стойки | Требуются холодные пластины на CPU/GPU | Первичный драйвер вторичного контура | 250 кВт |
| Теплообменник задней двери (RDHx) | 40–60 % тепла стойки | Без модификации сервера | Циркуляция воды в объекте | ~60 кВт (ограничение по воздуху) |
| Однофазное погружение | До 98% тепла стойки | Голые платы в диэлектрическом резервуаре | Диэлектрический циркуляционный насос | 300 кВт |
| Двухфазное погружение | До 98% тепла стойки | Голые платы в кипящей жидкости | Маломощный насос подпитки/конденсата | 500 кВт |
Причина, по которой прямое охлаждение CDU доминирует в текущих развертываниях, несмотря на то, что оно улавливает только 60–80% тепла стойки (остаточное тепло, уходящее посредством конвекции от компонентов без жидкостного охлаждения, таких как модули DIMM, хранилища и блоки питания, обрабатывается дополнительным воздухом) заключается в сочетании совместимости серверов и удобства эксплуатации. В отличие от погружных систем, стойки с охлаждением CDU сохраняют стандартное серверное шасси, стандартные процедуры обслуживания и стандартную гарантию от OEM-производителей серверов, что является важным фактором для корпоративных покупателей с большой установленной базой.
Техническое обслуживание систем охлаждения CDU и гидравлических силовых агрегатов постоянного тока
Хорошо спроектированная система охлаждения CDU с гидравлическим силовым агрегатом постоянного тока правильного размера может работать годами с минимальным вмешательством, но структурированная программа профилактического обслуживания необходима для предотвращения незапланированных простоев.
- Проверка сопротивления охлаждающей жидкости (ежемесячно): Деионизированная вода медленно собирает ионные загрязнения со стенок труб и материалов охлаждающей пластины. Падение удельного сопротивления ниже 0,1 МОм·см сигнализирует о необходимости замены картриджа со смешанной смолой. Использование охлаждающей жидкости с низким удельным сопротивлением ускоряет гальваническую коррозию в алюминиевых каналах холодной пластины.
- Проверка картриджей фильтра (ежеквартально): Фильтры бокового потока размером 0,2–10 микрон накапливают частицы со скоростью, пропорциональной скорости контура и площади поверхности трубы. Большинство платформ CDU включают в себя индикатор перепада давления на корпусе фильтра; превышение порогового значения производителя (обычно 0,3–0,5 бар) вызывает рекомендацию по замене. Платформы с двойными корпусами фильтров позволяют осуществлять замену без прерывания потока во вторичном контуре.
- Анализ вибрации подшипников насоса (раз в полгода): Даже бессальниковые гидравлические агрегаты постоянного тока с магнитным приводом имеют подшипники на валу рабочего колеса, которые со временем изнашиваются. Анализ вибрации с помощью акселерометра, размещенного на корпусе насоса, позволяет обнаружить развивающийся износ подшипников за 3–6 месяцев до выхода из строя — этого достаточно, чтобы запланировать плановую замену без аварийного отключения. Платформа управления DCX ECDU непрерывно регистрирует тенденции тока и вибрации двигателя и выдает предупреждения о профилактическом обслуживании через интерфейс BMS.
- Оценка загрязнения теплообменника (ежегодно): Поверхность первичной стороны (технологическая вода) пластинчатого теплообменника является наиболее вероятным местом образования отложений, особенно в регионах, где производственная вода имеет повышенную жесткость или биологическое содержание. Ежегодные испытания тепловых характеристик — сравнение фактической скорости теплопередачи при измеренных расходах и температурных условиях с расчетной кривой — выявляют засорение до того, как оно ухудшит температуру подачи вторичного контура.
- Визуальный осмотр холодной пластины (при обновлении сервера): При замене или модернизации серверов необходимо визуально осмотреть охлаждающие пластины на наличие точечной коррозии, задиров или выдавливания уплотнительных колец на быстроразъемных фитингах. В документации Eaton CDU отмечается, что быстроразъемные соединения вслепую с поворотными на 360 градусов фитингами минимизируют усилие, прикладываемое во время соединения и отсоединения, уменьшая повреждение уплотнительного кольца, но проверка остается необходимой.
Будущее охлаждения CDU: тенденции, формирующие следующее поколение
Несколько сближающихся технологических тенденций будут определять, как будут развиваться системы охлаждения CDU и их гидравлические силовые агрегаты постоянного тока в конце 2020-х годов. Понимание этих направлений помогает планировщикам центров обработки данных принимать решения о покупке, которые останутся совместимыми с будущими поколениями инфраструктуры.
Архитектура питания 48 В постоянного тока
Поскольку на гипермасштабных предприятиях для снижения потерь в медных проводах применяется стоечное распределение постоянного тока 48 В, насосные сборки CDU перепроектируются для работы с исходным напряжением 48 В. Это исключает блок питания переменного тока из электрической архитектуры CDU, уменьшая потери преобразования и упрощая обслуживание. В документации Moog CoreMotion уже указано 48 В постоянного тока в качестве поддерживаемого рабочего напряжения.
Управление потоком на основе искусственного интеллекта
Платформы управления CDU следующего поколения интегрируют алгоритмы машинного обучения, которые прогнозируют потребность в охлаждении в зависимости от типа рабочей нагрузки — различая, например, интенсивное обучение искусственного интеллекта с умножением матрицы (постоянная пиковая мощность) и обслуживание вывода (высокопеременная, пиковая нагрузка). Согласно предварительным данным, полученным в ходе гипермасштабных развертываний, прогнозируемая регулировка расхода снижает энергопотребление насоса на 20–40 % по сравнению с реактивными контурами пропорционально-интегрального управления.
Стандартизированная инфраструктура быстрого подключения
Проект Open Compute Project (OCP) и аналогичные отраслевые консорциумы способствуют стандартизации точек подключения коллектора CDU, что позволяет подключать холодные пластины разных производителей к одному CDU без специальных фитингов. Eaton ROL4000, вдохновленный спецификациями пятого поколения OCP Project Deschutes, демонстрирует, как стандартные профили подключения могут обслуживать холодильную нагрузку мощностью 2 МВт при температуре приближения 3 ° C, что достижимо только с теплообменниками класса AT3 и точно контролируемой мощностью гидравлического силового агрегата постоянного тока.
Интегрированная рекуперация тепла в стандартной комплектации
Регулирующее давление, особенно в Европе, ускоряет интеграцию положений по рекуперации тепла в базовые спецификации CDU. Текущая линейка CDU компании WKM-Michel включает заводскую опцию порта теплообменника для отвода отработанного тепла со стратегией управления, которая гарантирует, что эффективность охлаждения имеет абсолютный гидравлический приоритет над производительностью рекуперации тепла. Возможность питать локальные тепловые сети за счет отводимого тепла центра обработки данных переходит из премиальной опции в стандартную функцию в версиях платформы 2025–2026 годов.
Часто задаваемые вопросы об охлаждении CDU
В чем разница между CDU и блоком CRAC?
Установка кондиционирования воздуха компьютерного зала (CRAC) использует хладагент или охлажденную воду для охлаждения рециркулируемого воздуха в зале обработки данных. CDU — это система теплообменника жидкость-жидкость, которая распределяет охлаждающую жидкость непосредственно к ИТ-оборудованию через охлаждающие пластины или коллекторы. Блоки CDU гораздо более термически эффективны для приложений с высокой плотностью размещения, но требуют совместимости с охлаждающими пластинами на стороне сервера. Устройства CRAC работают со стандартными немодифицированными серверами и остаются актуальными в качестве дополнительного охлаждения для установок CDU, которые улавливают 60–80% тепла стойки в жидкой форме, оставляя некоторое остаточное тепло для удаления воздуха.
Чем гидравлический агрегат постоянного тока отличается от стандартного насоса переменного тока в системах CDU?
Гидравлический силовой агрегат постоянного тока использует бесщеточный двигатель постоянного тока с электронной коммутацией, обеспечивающий регулирование скорости, более высокую эффективность при частичной нагрузке, более низкие акустические выбросы и совместимость с шинами распределения энергии постоянного тока (12 В или 48 В). Стандартный насос переменного тока работает с фиксированной скоростью (или с отдельным внешним преобразователем частоты), требует источника питания переменного тока и имеет более высокие потери холостого хода. Для применения в стойках CDU, где пространство и мощность сильно ограничены, а переменные рабочие нагрузки требуют адаптивного потока, гидравлические силовые агрегаты постоянного тока теперь являются выбором по умолчанию среди ведущих производителей, включая Panasonic, Moog и TOPSFLO.
Какую охлаждающую жидкость следует использовать во вторичном контуре CDU?
Наиболее распространенным выбором является деионизированная вода с удельным сопротивлением выше 0,5 МОм·см. На объектах, где температура окружающей среды может опускаться ниже 10°C (охлаждение снаружи, на краях), для защиты от замерзания используется смесь пропиленгликоля и воды с концентрацией гликоля 25–30% по объему (PG25 или PG30). Пропиленгликоль немного снижает удельную теплоемкость и увеличивает вязкость, оба из которых увеличивают энергию накачки, необходимую для данной тепловой нагрузки — фактор, который необходимо учитывать при выборе гидравлического силового агрегата постоянного тока. Следует использовать пакеты ингибиторов, специально разработанные для совместимости с алюминиевыми и медными холодными пластинами, а pH системы следует поддерживать в пределах от 7,0 до 8,5.
Можно ли модернизировать систему охлаждения CDU в существующем центре обработки данных с воздушным охлаждением?
Да, но практическая сложность зависит от того, имеется ли уже в свободном пространстве вода. Если стояки охлажденной воды заканчиваются в техническом помещении, а не на полу зала обработки данных, рядные CDU, подключенные с помощью гибких шлангов, обеспечивают путь с наименьшими помехами. Блоки CRAC могут оставаться в рабочем состоянии для отвода остаточного тепла, в то время как покрытие CDU расширяется стеллаж за стойкой. Компактные рядные платформы CDU специально разработаны с учетом этого варианта использования на существующих объектах — например, DCX HYDRO CDU 12 описывается как подходящая для «любой среды комнаты данных с размещением в ряду или в техническом коридоре». Трудозатраты на прокладку трубопроводов являются доминирующей переменной затрат; Платформы CDU с предварительной обвязкой, которые включают в себя подающие/возвратные коллекторы и точки отбора воздуха, могут значительно сократить время установки.
Какой уровень резервирования подходит для систем охлаждения CDU?
Соответствующий уровень резервирования отражает более широкие требования уровня центра обработки данных. В развертываниях, эквивалентных уровню III (время безотказной работы 99,982%), обычно используется резервный насос N 1 в каждом CDU в сочетании с запорными клапанами коллектора, которые позволяют отключать CDU, не прерывая поток в соседние стойки. В развертываниях, эквивалентных стандарту Tier IV, используется архитектура 2N — две независимые линии CDU, каждая из которых рассчитана на 100 % тепловой нагрузки стойки, с автоматическим переключением при выходе из строя насоса или его обслуживании. Для гипермасштабных сред обучения искусственному интеллекту, где даже кратковременное тепловое регулирование сокращает время выполнения заданий на тысячах графических процессоров, архитектура 2N является стандартной, несмотря на дополнительные капитальные затраты.
Как охлаждение CDU влияет на PUE по сравнению с воздушным охлаждением?
Исправная система охлаждения CDU, работающая с теплообменниками, совместимыми с теплой водой, и оптимально настроенная гидравлическая силовая установка постоянного тока обычно снижает PUE объекта с диапазона 1,4–1,8, типичного для устаревших объектов с воздушным охлаждением, до 1,1–1,2. Улучшение происходит по трем причинам: устранение энергоемких систем обработки воздуха в компьютерных залах, продление времени работы естественного охлаждения (режим отключения охладителя), обеспечиваемое более высокими допустимыми температурами приточной воды, и снижение мощности вентиляторов ИТ-оборудования, поскольку центральным и графическим процессорам с жидкостным охлаждением больше не требуется одинаковый поток воздуха для отвода тепла. Некоторые операторы гипермасштабных сетей сообщают, что значения PUE приближаются к 1,05 для новых объектов с жидкостным охлаждением в умеренном климате.
Каков типичный срок службы системы охлаждения CDU?
Пластинчатые теплообменники и коллекторные трубопроводы в системах CDU рассчитаны на срок службы 15–20 лет при нормальных условиях эксплуатации при условии сохранения химического состава охлаждающей жидкости и давления в системе в пределах расчетных пределов. Компонентами, которые, скорее всего, потребуют более ранней замены, являются насосные агрегаты (обычно срок службы подшипников составляет 5–8 лет для гидравлических силовых агрегатов постоянного тока с магнитным приводом, который можно продлить за счет профилактического обслуживания) и эластомерные уплотнения на быстроразъемных фитингах (2–5 лет в зависимости от частоты подключений). На управляющую электронику и сенсорные модули обычно предоставляется гарантия 3–5 лет, и может потребоваться замена каждые 7–10 лет, поскольку поддержка встроенного ПО для платформ старых поколений прекращается.
Какая скорость потока необходима CDU для серверной стойки AI мощностью 100 кВт?
Для стойки мощностью 100 кВт с разницей температур на вторичной стороне 10 К, использующей воду в качестве теплоносителя, требуемый массовый расход составляет примерно 2,4 кг/с или 144 л/мин. Добавление 15% запаса прочности на потери при распределении потока в коллекторе доводит характеристики гидравлического силового агрегата постоянного тока примерно до 165 л/мин на выходе CDU. При расчетном напоре 3 бар (с учетом падения давления на холодной пластине и коллекторе) это соответствует требуемой гидравлической мощности насоса примерно 820 Вт. При КПД гидравлического силового агрегата постоянного тока 65–75 % электрическая мощность, потребляемая насосным узлом, составляет примерно 1,1–1,3 кВт — менее 1,3 % IT-нагрузки стойки, что подтверждает, что накладные расходы на перекачку жидкостного охлаждения пренебрежимо малы по сравнению с его тепловой выгодой.
英语
中文简体
俄语
