Dissipateurs thermiques à refroidissement liquide sans fuite
CoolestDC - Étude de cas
L'avenir des centres de données durables - Les dissipateurs de chaleur à refroidissement liquide sans fuite réduisent l'empreinte carbone et la consommation d'énergie
CoolestDC lance des solutions de refroidissement liquide hautement personnalisables et sans fuite pour les serveurs afin d'accélérer les initiatives de centres de données écologiques grâce aux technologies de fabrication additive d'EOS.
Le secteur des centres de données a connu un essor considérable ces dernières années grâce à la demande croissante d'applications cloud, à la numérisation, aux appareils IoT et à l'informatique périphérique 4G et 5G. Selon les prévisions d'IDC*, la quantité de données mondiales atteindra 175 zettaoctets d'ici 2025. En outre, l'investissement total dans les centres de données devrait passer de 244,74 milliards de dollars en 2019 à 432,14 milliards de dollars en 2025, à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 9,9 %. Mais alors que la croissance des données se poursuit, la question de l'impact des centres de données sur l'environnement doit également être abordée. La décarbonisation est un facteur clé, car elle met l'accent sur les objectifs de durabilité et les énergies renouvelables. L'un des principaux objectifs est de mettre en place des opérations plus durables dans les centres de données grâce à des solutions de refroidissement efficaces sur le plan énergétique. Le refroidissement liquide direct pourrait devenir la principale méthode de refroidissement, en raison de la densité des baies, des coûts de l'électricité et des activités de développement durable.
Défi
Trouver une alternative aux plaques froides brasées et assemblées qui minimisent le risque de fuite dans les applications de refroidissement liquide direct, afin de réduire la densité des baies, de diminuer les coûts d'électricité et d'améliorer le développement durable.
Les puits de chaleur refroidis par air dominent actuellement le secteur, car les opérateurs de centres de données sont plus familiers avec l'eau glacée et les systèmes d'expansion directe. Cependant, la consommation d'énergie et les émissions de carbone sont limitées en termes d'efficacité énergétique totale et d'économies potentielles avec les puits de chaleur refroidis par air, car une grande partie de la consommation d'énergie dans les centres de données refroidis par air actuels est due aux refroidisseurs d'air. Compte tenu des objectifs plus stricts en matière de développement durable et de l'introduction de la nouvelle taxe carbone pour les propriétaires de centres de données, le refroidissement direct par liquide pourrait devenir la principale technique de refroidissement utilisée par les exploitants de centres de données. À l'heure actuelle, le refroidissement direct par liquide est une activité de niche qui ne s'applique qu'aux serveurs de haute performance dotés d'infrastructures spéciales ou d'une garantie en place. L'un des principaux obstacles à l'entrée sur le marché des dissipateurs thermiques à refroidissement liquide est le risque potentiel de fuite, qui peut endommager les serveurs. Les propriétaires et exploitants de centres de distribution Hyperscale et les équipementiers de serveurs explorent tous actuellement les possibilités de déploiement de solutions de refroidissement liquide direct sans fuite afin de répondre à la demande d'une plus grande densité de racks tout en améliorant l'efficacité énergétique totale.
"La Fondation Temasek est heureuse de soutenir CoolestDC dans le développement d'une solution innovante, économe en énergie et à faible consommation d'eau pour refroidir les centres de données. Comme la solution peut être déployée à la fois dans des applications brownfield et greenfield, l'innovation peut être un modèle pour un fonctionnement durable des centres de données, permettant à des villes comme Singapour d'être un centre de données vertes.
Lim Hock Chuan, directeur général - Fondation Temasek
Solution
Grâce à la technologie DMLS d'EOS et au procédé CuCP haute densité d'EOS Copper , nous avons mis au point et construit des plaques froides monocorps sans fuite, sans joint et sans articulation, afin de créer des solutions de refroidissement liquide totalement étanches pour les serveurs.
La technologie de fabrication additiveFA de pointe d'EOS a permis à CoolestDC de concevoir et de fabriquer un dissipateur thermique unibody intégré et étanche, refroidi par liquide, afin de répondre aux préoccupations et aux exigences de l'industrie. En utilisant le système AMCM M 290 1kW et le procédé validé EOS Copper CuCP (basé sur du cuivre commercialement pur), nous avons fabriqué un dissipateur thermique en cuivre très dense qui peut résister à des pressions d'eau de 6 bars et plus, sans joints, assemblages ou garnitures. En outre, le procédé FA est polyvalent et capable de produire des structures internes à parois minces (0,2 mm et plus), tandis que les ailettes obliques brevetées sont imprimées à l'aide d'un procédé optimisé pour maintenir leur précision et leur haute résolution.
Les ailettes obliques brevetées sont imprimées à l'aide d'un processus optimisé afin de préserver leur précision et leurs caractéristiques de haute résolution. Ce procédé tout-en-un permet non seulement de résoudre et d'éliminer les problèmes de fuite qui pourraient autrement entraîner des défaillances catastrophiques des cartes de serveur, mais aussi de réduire considérablement la complexité de la fabrication (sans assemblage ni brasage), augmentant ainsi la durée de vie de la pièce.
"À Singapour, nous testons par exemple la technologie de refroidissement liquide. Nous avons mené un projet pilote avec une entreprise locale appelée CoolestDC, qui fait partie de l'Université nationale de Singapour, et qui utilise des serveurs liés à l'apprentissage automatique ou à l'intelligence artificielle pour réduire leur densité de puissance. L'utilisation des solutions de refroidissement liquide et biphasé de CoolestDC peut permettre de réaliser jusqu'à 30 % d'économies sur la consommation totale d'énergie des centres de données. En parallèle, les émissions de dioxyde de carbone et la consommation d'eau seront réduites de manière significative"
Mark Smith, directeur général - Asie-Pacifique chez Digital Realty
Résultats
- Plaque de froid monocoque étanche pouvant résister à des pressions d'eau de 6 bars et plus.
- Réduction de l'investissement CAPEX car il n'y a pas de coûts d'outillage pour les différentes cartes de serveur.
- Liberté de concevoir et de fabriquer des épaisseurs de plaques, des densités d'ailettes et des emplacements personnalisés.
La plaque froide FA unibody de CoolestDC a été testée par rapport aux principaux dissipateurs thermiques refroidis par air dans un colocateur entièrement opérationnel appartenant à Digital Realty. Les résultats ont été les suivants :
- Réduction de 10 °C de la température de la matrice et du cœur de l'unité centrale (Fig. 1)
- Réduction significative de la température de fonctionnement du GPU de près de 50 % (Fig 2)
- Capacité du GPU à fonctionner à pleine charge à des vitesses d'horloge 40 % plus élevées, sans ralentissement (Fig. 2)
- PUE réduit à 1,2 (calculé)
La figure 1 montre les résultats de l'évaluation comparative de la plaque froide FA refroidie par liquideFA par rapport à son équivalent refroidi par air (AC), mesurés en termes de températures de l'unité centrale et du cœur de l'unité centrale. L'effet de la plaque froide FA a été de réduire les températures du processeur et du cœur du processeur de 9,6 °C à 14,9 °C et de 8,1 °C à 12,4 °C, respectivement. Les réductions de température maximales ont eu lieu dans des conditions de pleine charge, à un moment où le dissipateur thermique refroidi par air avait du mal à dissiper la chaleur générée.
La figure 2 montre le GPU d'un serveur refroidi par air fonctionnant à pleine charge à sa température seuil de 90 °C. Cela a contribué à l'étranglement thermique, dans lequel une fonction de sécurité du GPU a réduit ses performances (mesurées en termes de vitesse d'horloge, MHz) pour éviter la surchauffe et potentiellement endommager le matériel. En revanche, le GPU refroidi par liquide a pu maintenir sa température à 40 °C, fonctionnant ainsi confortablement à ses performances maximales à 100 % de charge.
Avantages d'un dissipateur thermique refroidi par liquide par rapport à un dissipateur thermique traditionnel refroidi par air
| Paramètres | Dissipateur thermique refroidi par air Serveur 1U |
Dissipateur thermique refroidi par liquide FA unibody) |
|---|---|---|
| Tdie de l'unité centrale à pleine charge | 90 °C avec étranglement | 46.0 °C |
| Performances du GPU à pleine charge | 1 750 MHz en mode accéléré 5,8 TFlops en régime accéléré |
2 450 MHz 8,1 TFlops |
| PUE | 1.4 | 1,23 réalisable avec le LCCRD |
| Problèmes de fuite | - | Sans fuites (sans joints ni garnitures) |
Avantages pour les fournisseurs de centres de données et les parties prenantes
Sur la base des performances des GPU ci-dessus, un rack à refroidissement liquide entièrement peuplé avec 25 serveurs 1U (serveurs HPC avec quatre GPU) produit 810 TFlops. Pour atteindre la même performance, il faudrait 30 serveurs refroidis par air, qui devraient être séparés en deux racks de 15 serveurs chacun, car cela dépasserait la capacité maximale de 15 kW d'un rack refroidi par air. Nous estimons donc que les propositions de valeur et les économies totales pour les clients finaux sont les suivantes :
Estimation du coût total de possession (économie de coûts) pour les cas d'utilisation et les scénarios des clients des centres de données
Al ou Big Data Analytic on
2 * Systèmes de racks 42U
1. EE = 42 071
2. Carbone = 7 853
3. Location de racks = 24 000
4. Estimation de l'économie totale = 73 924 $. Total des économies = 73 924
Jeux en ligne sur
100 * Systèmes de racks 42U
1. EE = 1 051 800
2. Carbone = 196 331
3. Location de racks = 1 200 000
4. Économies totales estimées = 2 448 131 économies totales = 2 448 131
Plateforme Blockchain sur
500 * Systèmes de racks 42U
1. EE = 5 259 000
2. Carbone = 981 655
3. Location de racks = 6 000 000 $.
4. Économies totales estimées = 12 240 655 $. Total des économies = 12 240 655
En collaboration avec l'équipe Additive Minds d'EOS, CoolestDC a mis au point une conception FA afin d'optimiser davantage les performances du produit et de réduire les coûts de fabrication de plus de 50 %. Nous étudions également un flux de travail numérisé qui permettra de mieux prendre en charge et d'accélérer la personnalisation en masse des plaques froides en fonction des besoins des clients. Grâce à la FA, aucun coût d'outillage n'a été engagé pour les plaques froides personnalisées en masse et aucune quantité minimale de commande n'est requise pour les clients. Avec la fabrication traditionnelle (usinage, électroérosion à fil et brasage, etc.), il faut compter un coût d'installation minimum d'environ 3 000 euros pour chaque nouveau modèle de CPU et de GPU. Cette solution FA convient à la fois aux applications greenfield et brownfield, y compris l'informatique de pointe. Nous pensons que cette nouvelle génération de conception sera encore plus rentable et efficace, ce qui permettra à l'utilisateur final de réaliser des économies et des gains de performance plus importants.
Profil de l'entreprise en bref :
CoolestDC est une start-up deep tech basée à Singapour qui possède une expertise considérable dans la gestion thermique de l'électronique à flux thermique élevé et la capacité d'offrir des services de conception utilisant la technologie de refroidissement liquide à haute efficacité Oblique Fin. CoolestDC collabore actuellement avec l'équipe Additive Minds d'EOS Singapour pour fournir des solutions de refroidissement innovantes fabriquées de manière additive afin de contribuer à la durabilité des centres de données. Pour plus d'informations : https://www.coolestdc.com
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