Disipadores refrigerados por líquido sin fugas
CoolestDC | Estudio de caso
El futuro de los centros de datos sostenibles - Los disipadores de calor refrigerados por líquido sin fugas reducen la huella de carbono y el consumo de energía
CoolestDC lanza soluciones de refrigeración líquida en servidor altamente personalizables y sin fugas para acelerar las iniciativas de centros de datos ecológicos con tecnologías de fabricación aditiva EOS.
El sector de los centros de datos ha experimentado un auge considerable en los últimos años gracias a la creciente demanda de aplicaciones en la nube, la digitalización, los dispositivos IoT y la computación de borde 4G y 5G. Según una previsión de IDC*, la cantidad de datos mundiales alcanzará los 175 zettabytes en 2025. Además, se espera que la inversión total en centros de datos aumente de 244.740 millones de dólares en 2019 a 432.140 millones de dólares en 2025, a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 9,9 %. Pero a medida que continúa el crecimiento de los datos, también es necesario abordar la cuestión del impacto de los centros de datos en el medio ambiente. La descarbonización es un factor clave, ya que pone en el punto de mira los objetivos de sostenibilidad y las energías renovables. Uno de los principales objetivos es construir operaciones de centros de datos más sostenibles con soluciones de refrigeración energéticamente eficientes. La refrigeración líquida directa al chip podría convertirse en el principal método de refrigeración, impulsada por la densidad de los bastidores, los costes de la electricidad y las actividades de sostenibilidad.
Desafío
Encontrar una alternativa a las placas frías soldadas y ensambladas que minimice el riesgo de fugas en aplicaciones de refrigeración líquida directa al chip, con el fin de reducir la densidad de los bastidores, disminuir el coste de la electricidad y mejorar la sostenibilidad.
Los disipadores de calor refrigerados por aire dominan actualmente el sector, ya que los operadores de centros de datos están más familiarizados con los sistemas de agua fría y expansión directa. Sin embargo, el consumo de energía y las emisiones de carbono tienen un límite en términos de eficiencia energética total y ahorro potencial con los disipadores de calor refrigerados por aire, ya que una gran parte del consumo de energía en los actuales centros de datos refrigerados por aire se debe a los enfriadores de aire. Dados los objetivos de sostenibilidad más estrictos y la introducción del nuevo impuesto sobre el carbono para los propietarios de centros de datos, la refrigeración directa por líquido puede acabar convirtiéndose en la principal técnica de refrigeración empleada por los operadores de centros de datos. En la actualidad, la refrigeración líquida directa es una actividad de nicho y sólo aplicable a servidores de alto rendimiento con infraestructuras especiales o una garantía en vigor. Uno de los principales obstáculos a la entrada de disipadores de refrigeración líquida es el riesgo potencial de fugas, que pueden dañar los servidores. Los propietarios de centros de distribución hiperescala, los operadores y los fabricantes de equipos originales de servidores están explorando actualmente las posibilidades de implantar soluciones de refrigeración líquida directa sin fugas para satisfacer las demandas de mayor densidad de bastidores y mejorar al mismo tiempo la eficiencia energética total.
"La Fundación Temasek se complace en apoyar a CoolestDC en el desarrollo de una solución disruptiva, energéticamente eficiente y de bajo consumo de agua para refrigerar los centros de datos. Dado que la solución puede desplegarse tanto en zonas industriales abandonadas como en zonas verdes, la innovación puede ser un modelo para un funcionamiento sostenible de los centros de datos que permita a ciudades como Singapur convertirse en un centro verde de centros de datos."
Lim Hock Chuan, Consejero Delegado de la Fundación Temasek
Solución
Utilizando la tecnología EOS DMLS junto con un proceso EOS Copper CuCP de alta densidad, desarrollamos y construimos placas frías unibody sin fugas, sin juntas y sin uniones para crear soluciones de refrigeración líquida en el servidor totalmente libres de fugas.
La tecnología punta de fabricación aditivaFA de EOS ha permitido a CoolestDC diseñar y fabricar un disipador de calor integrado, sin fugas y unibody refrigerado por líquido para responder a las preocupaciones y necesidades de la industria. Utilizando el sistema AMCM M 290 1kW junto con el proceso validado EOS Copper CuCP (basado en cobre comercialmente puro), fabricamos un disipador de calor de cobre altamente denso que puede soportar presiones de agua de 6 bares y superiores, sin juntas, ensamblajes ni empaquetaduras. Además, el proceso FA es versátil y capaz de producir estructuras internas de paredes finas (0,2 mm o más), mientras que las aletas oblicuas patentadas se imprimen mediante un proceso optimizado para mantener su precisión y alta resolución.
para mantener su precisión y sus características de alta resolución. Esta construcción "todo en uno" no sólo resuelve y elimina los problemas de fugas que, de otro modo, podrían provocar fallos catastróficos en las placas de los servidores, sino que también reduce drásticamente las complejidades de fabricación (sin necesidad de ensamblaje ni soldadura), lo que aumenta la vida útil de la pieza.
"En Singapur, por ejemplo, estamos probando la tecnología de refrigeración líquida. Hemos hecho un piloto con una empresa local llamada CoolestDC, que forma parte de la Universidad Nacional de Singapur, que está utilizando servidores relacionados con el aprendizaje automático o la IA para reducir sus densidades de potencia. El uso de las soluciones de refrigeración líquida y bifásica de CoolestDC puede suponer hasta un 30 % de ahorro en el consumo total de energía de los centros de datos. Relacionado con esto estarán las reducciones significativas en las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de agua"
Mark Smith, Director General - Asia Pacífico de Digital Realty
Resultados
- Placa fría unibody sin fugas que soporta presiones de agua a partir de 6 bares.
- Reducción de la inversión en CAPEX, ya que no hay costes de utillaje para diferentes placas de servidor.
- Libertad para diseñar y fabricar espesores de placa, densidades de aletas y ubicaciones personalizados en masa.
La placa fría FA unibody de CoolestDC se probó frente a los disipadores de calor refrigerados por aire líderes del sector en una instalación de colocator totalmente operativa perteneciente a Digital Realty. Los resultados fueron:
- Reducción de la temperatura de la matriz y el núcleo de la CPU en 10 °C (Fig. 1)
- Reducción significativa de la temperatura de funcionamiento de la GPU en casi un 50 % (Fig. 2).
- Capacidad de la GPU para funcionar a plena carga a un 40 % más de velocidad de reloj, sin estrangulamiento (Fig. 2).
- PUE reducido a 1,2 (calculado)
La figura 1 muestra los resultados de la comparación de la placa de refrigeración líquida de la CPUFA con su homóloga refrigerada por aire (AC) en términos de temperatura de la matriz y el núcleo de la CPU. El efecto de la placa fría FA fue reducir las temperaturas de la matriz y el núcleo de la CPU entre 9,6 °C y 14,9 °C y entre 8,1 °C y 12,4 °C, respectivamente. Las máximas reducciones de temperatura se produjeron a plena carga, momento en el que el disipador de calor refrigerado por aire se esforzaba por disipar el calor generado.
La figura 2 muestra la GPU de un servidor refrigerado por aire funcionando a plena carga a su temperatura umbral de 90 °C. Esto contribuyó al estrangulamiento térmico, en el que una función de seguridad de la GPU redujo su rendimiento (medido en términos de velocidad de reloj, MHz) para evitar el sobrecalentamiento y dañar potencialmente el hardware. Por otro lado, la GPU refrigerada por líquido fue capaz de mantener su temperatura en 40 °C, por lo que funcionó cómodamente a su máximo rendimiento con una carga del 100 %.
Ventajas del disipador de calor refrigerado por líquido frente al disipador de calor tradicional refrigerado por aire
| Parámetro | Disipador de calor refrigerado por aire Servidor 1U |
Disipador de calor refrigerado por líquido FA unibody) |
|---|---|---|
| Tdie de la CPU a plena carga | 90 °C estrangulado | 46.0 °C |
| Rendimiento de la GPU a plena carga | 1 750 MHz acelerados 5,8 TFlops acelerados |
2 450 MHz 8,1 TFlops |
| PUE | 1.4 | 1,23 alcanzable con LCCRD |
| Preocupación por las fugas | - | Sin fugas (sin juntas ni empaquetaduras) |
Ventajas para los proveedores de centros de datos y las partes interesadas
Basándose en el rendimiento de la GPU anterior, un rack de refrigeración líquida totalmente poblado con 25 servidores 1U (servidores HPC con cuatro GPU) produce 810 TFlops. Para alcanzar el mismo rendimiento se necesitarían 30 servidores refrigerados por aire, que tendrían que separarse en dos racks de 15 servidores cada uno, ya que de lo contrario se superaría la capacidad máxima de 15 kW de un rack refrigerado por aire. Por tanto, estimamos que las propuestas de valor y el ahorro total de costes para los clientes finales son los siguientes:
Estimación del coste total de propiedad (ahorro de costes) para casos de uso y escenarios de clientes de centros de datos
Al o Big Data Analytic en
2 * Sistemas Rack 42U
1. EE = 42.071 DÓLARES
2. Carbono =7.853 dólares
3. Alquiler de estanterías = 24.000
4. Est. Ahorro total = 73.924 dólares
Juegos en línea
100 * Sistemas Rack 42U
1. EE = 1.051.800 DÓLARES
2. Carbono =196.331 dólares
3. Alquiler de estanterías = 1.200.000 dólares
4. Est. Ahorro total = 2.448.131 dólares
Plataforma Blockchain en
500 * Sistemas Rack 42U
1. EE = 5.259.000 DÓLARES
2. Carbono =981.655 dólares
3. Alquiler de estanterías =6.000.000 $.
4. Est. Ahorro total = 12.240.655 $.
En colaboración con el equipo de EOS Additive Minds, CoolestDC ha desarrollado un diseño FA para optimizar aún más el rendimiento del producto y reducir los costes de fabricación en más de un 50 %. Ahora también estamos explorando un flujo de trabajo digitalizado que apoyará mejor y acelerará la personalización masiva de placas frías para los diferentes requisitos de los clientes. Con FA, no se incurre en costes de utillaje para las placas frías personalizadas en masa y no se requiere una cantidad mínima de pedido para los clientes. Con la fabricación tradicional (mecanizado, electroerosión por hilo y soldadura fuerte, etc.), el coste mínimo de configuración es de unos 3.000 euros por cada nuevo modelo de CPU y GPU. Esta solución FA es adecuada tanto para aplicaciones greenfield como brownfield, incluida la computación de borde. Prevemos que esta nueva generación de diseño será aún más rentable y eficiente, lo que se traducirá en mayores ahorros y mejoras de rendimiento para el usuario final.
Breve perfil de la empresa:
CoolestDC es una start-up de alta tecnología con sede en Singapur que cuenta con una considerable experiencia en la gestión térmica de componentes electrónicos de alto flujo térmico y la capacidad de ofrecer servicios de diseño utilizando la tecnología de refrigeración líquida de alta eficiencia Oblique Fin. CoolestDC colabora actualmente con el equipo EOS Singapore Additive Minds en el suministro de soluciones innovadoras de refrigeración de fabricación aditiva para ayudar a impulsar la sostenibilidad en los centros de datos. Más información: https://www.coolestdc.com
Casos prácticos de EOS
Explore tres décadas de excelencia pionera en impresión 3D con EOS
Mejora de la eficiencia de la producción con impresión 3D
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