Dissipatori di calore raffreddati a liquido senza perdite
Studio del caso CoolestDC
Il futuro dei data center sostenibili - I dissipatori di calore raffreddati a liquido senza perdite riducono l'impronta di carbonio e il consumo energetico
CoolestDC lancia soluzioni di raffreddamento a liquido per server altamente personalizzabili e prive di perdite per accelerare le iniziative di data center ecologici con le tecnologie di produzione additiva EOS.
Il settore dei data center ha registrato un notevole boom negli ultimi anni grazie alla crescente domanda di applicazioni cloud, alla digitalizzazione, ai dispositivi IoT e all'edge computing 4G e 5G. Secondo una previsione di IDC*, la quantità di dati globali raggiungerà i 175 zettabyte entro il 2025. Inoltre, si prevede che gli investimenti totali nei data center aumenteranno da 244,74 miliardi di dollari nel 2019 a 432,14 miliardi di dollari nel 2025, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 9,9%. Ma mentre la crescita dei dati continua, è necessario affrontare anche la questione dell'impatto dei data center sull'ambiente. La decarbonizzazione è un fattore chiave, in quanto mette in primo piano gli obiettivi di sostenibilità e le energie rinnovabili. Uno degli obiettivi principali è quello di realizzare operazioni di data center più sostenibili con soluzioni di raffreddamento efficienti dal punto di vista energetico. Il raffreddamento a liquido direct-to-chip potrebbe diventare il metodo di raffreddamento principale, in base alla densità dei rack, ai costi dell'elettricità e alle attività di sostenibilità.
Sfida
Trovare un'alternativa alle piastre fredde brasate e assemblate che riduca al minimo il rischio di perdite nelle applicazioni di raffreddamento a liquido direct-to-chip, al fine di ridurre la densità dei rack, i costi dell'elettricità e la sostenibilità.
I dissipatori di calore raffreddati ad aria dominano attualmente il settore, in quanto gli operatori dei data center hanno maggiore familiarità con i sistemi ad acqua refrigerata e ad espansione diretta. Tuttavia, c'è un limite al consumo di energia e alle emissioni di carbonio in termini di efficienza energetica totale e di risparmio potenziale con i dissipatori di calore raffreddati ad aria, poiché gran parte del consumo di energia negli attuali data center raffreddati ad aria è dovuto ai refrigeratori d'aria. Dati gli obiettivi di sostenibilità più severi e l'introduzione della nuova carbon tax per i proprietari di data center, il raffreddamento diretto a liquido potrebbe diventare la tecnica di raffreddamento principale utilizzata dagli operatori di data center. Attualmente, il raffreddamento diretto a liquido è un'attività di nicchia, applicabile solo a server ad alte prestazioni con infrastrutture speciali o con una garanzia in corso. Uno dei principali ostacoli all'ingresso dei dissipatori di calore per il raffreddamento a liquido è il rischio potenziale di perdite, che potrebbero danneggiare i server. I proprietari di DC Hyperscale, gli operatori e gli OEM di server stanno attualmente esplorando le possibilità di implementare soluzioni di raffreddamento diretto a liquido senza perdite per soddisfare la richiesta di una maggiore densità di rack e migliorare l'efficienza energetica totale.
"Temasek Foundation è lieta di sostenere CoolestDC nello sviluppo di una soluzione innovativa, efficiente dal punto di vista energetico e a basso consumo idrico per il raffreddamento dei data center. Poiché la soluzione può essere implementata sia in applicazioni brownfield che greenfield, l'innovazione può essere un modello per un'operazione di data center sostenibile, consentendo a città come Singapore di diventare un hub di data center ecologico."
Lim Hock Chuan, amministratore delegato della Fondazione Temasek
Soluzione
Utilizzando la tecnologia EOS DMLS insieme al processo EOS Copper CuCP ad alta densità, abbiamo sviluppato e costruito piastre fredde unibody senza perdite, senza guarnizioni e senza giunzioni per creare soluzioni di raffreddamento a liquido all'interno dei server completamente prive di perdite.
La tecnologia di produzione additiva (AM) all'avanguardia di EOS ha permesso a CoolestDC di progettare e costruire un dissipatore di calore unibody raffreddato a liquido, integrato e senza perdite, per rispondere alle preoccupazioni e ai requisiti dell'industria. Utilizzando il sistema AMCM M 290 da 1 kW e il processo convalidato EOS Copper CuCP (basato su rame commercialmente puro), abbiamo prodotto un dissipatore di calore in rame ad alta densità in grado di resistere a pressioni dell'acqua di 6 bar e oltre, senza giunti, assemblaggi o guarnizioni. Inoltre, il processo AM è versatile e in grado di produrre strutture interne a pareti sottili (0,2 mm e oltre), mentre le alette oblique brevettate sono stampate con un processo ottimizzato per mantenere la loro precisione e l'alta risoluzione.
processo ottimizzato per mantenere la precisione e le caratteristiche ad alta risoluzione. Questo sistema all-in-one non solo risolve ed elimina i problemi di tenuta che potrebbero altrimenti portare a guasti catastrofici delle schede dei server, ma riduce anche drasticamente le complessità di produzione (senza necessità di assemblaggio e brasatura), aumentando così la durata del pezzo.
"A Singapore, ad esempio, stiamo testando la tecnologia di raffreddamento a liquido. Abbiamo realizzato un progetto pilota con un'azienda locale chiamata CoolestDC, che fa parte dell'Università Nazionale di Singapore, e che utilizza server legati all'apprendimento automatico o all'intelligenza artificiale per ridurre le loro densità di potenza. L'utilizzo delle soluzioni di raffreddamento a liquido e bifase di CoolestDC può portare a un risparmio fino al 30% del consumo energetico totale dei data center. A questo si aggiungono le significative riduzioni delle emissioni di anidride carbonica e del consumo di acqua".
Mark Smith, direttore generale per l'Asia e il Pacifico di Digital Realty
Risultati
- Piastra fredda unibody senza perdite, in grado di resistere a pressioni d'acqua di 6 bar e oltre.
- Riduzione degli investimenti CAPEX, poiché non ci sono costi di attrezzaggio per le diverse schede server.
- Libertà di progettare e fabbricare spessori delle piastre, densità delle alette e posizioni personalizzate.
La piastra fredda unibody AM di CoolestDC è stata testata rispetto ai dissipatori raffreddati ad aria leader del settore in una struttura di colocazione pienamente operativa appartenente a Digital Realty. I risultati sono stati:
- Riduzione delle temperature del die e del core della CPU di 10 °C (Fig. 1)
- Riduzione significativa della temperatura di esercizio della GPU di quasi il 50% (Fig. 2)
- Capacità della GPU di funzionare a pieno carico a velocità di clock superiori del 40%, senza throttling (Fig. 2)
- PUE ridotto a 1,2 (calcolato)
La Figura 1 mostra i risultati del benchmarking della piastra fredda per CPU raffreddata a liquido (AM) rispetto alla sua controparte raffreddata ad aria (AC), misurati in termini di temperature del die e del core della CPU. L'effetto della piastra fredda AM è stato quello di ridurre le temperature del die e del core della CPU rispettivamente di 9,6 °C a 14,9 °C e di 8,1 °C a 12,4 °C. Le riduzioni massime di temperatura si sono verificate a pieno carico, quando il dissipatore di calore raffreddato ad aria faticava a dissipare il calore generato.
La Figura 2 mostra la GPU di un server raffreddato ad aria che funziona a pieno carico alla temperatura di soglia di 90 °C. Ciò ha contribuito al throttling termico, in cui una funzione di sicurezza della GPU ha ridotto le sue prestazioni (misurate in termini di velocità di clock, MHz) per evitare il surriscaldamento e il potenziale danneggiamento dell'hardware. D'altra parte, la GPU raffreddata a liquido è stata in grado di mantenere la sua temperatura a 40 °C, operando così comodamente al massimo delle sue prestazioni al 100 % del carico.
Vantaggi del dissipatore di calore raffreddato a liquido rispetto al tradizionale dissipatore di calore raffreddato ad aria
| Parametro | Dissipatore di calore raffreddato ad aria Server 1U |
Dissipatore di calore raffreddato a liquido (AM unibody) |
|---|---|---|
| Tdie della CPU a pieno carico | 90 °C strozzato | 46.0 °C |
| Prestazioni della GPU a pieno carico | 1 750 MHz con accelerazione 5,8 TFlops strozzati |
2 450 MHz 8,1 TFlops |
| PUE | 1.4 | 1,23 raggiungibile con LCCRD |
| Problemi di tenuta | - | Senza perdite (senza giunti e guarnizioni) |
Vantaggi per i fornitori di data center e le parti interessate
Sulla base delle prestazioni delle GPU di cui sopra, un rack completamente popolato e raffreddato a liquido con 25 server 1U (server HPC con quattro GPU) produce 810 TFlops. Per ottenere le stesse prestazioni sarebbero necessari 30 server raffreddati ad aria, che dovrebbero essere separati in due rack da 15 server ciascuno, poiché altrimenti si supererebbe la capacità massima di 15 kW di un rack raffreddato ad aria. Pertanto, le proposte di valore e i risparmi totali per i clienti finali sono stimati come segue:
Stima del TCO (risparmio sui costi) per i casi d'uso e gli scenari dei clienti dei data center
Al o Big Data Analytic su
2 * Sistemi rack 42U
1. EE =42.071 DOLLARI
2. Carbonio =7.853 dollari
3. Noleggio rack =24.000 dollari
4. Est. Risparmio totale =$73.924
Gioco online su
100 * Sistemi rack 42U
1. EE =1.051.800 DOLLARI
2. Carbonio =$196.331
3. Noleggio rack =$1.200.000
4. Est. Risparmio totale =$2.448.131
Piattaforma Blockchain su
500 * Sistemi rack 42U
1. EE =5.259.000 DOLLARI
2. Carbonio =981.655 dollari
3. Noleggio rack =6.000.000 dollari
4. Est. Risparmio totale =$12.240.655
In collaborazione con il team EOS Additive Minds, CoolestDC ha sviluppato un progetto incentrato sulla tecnologia AM per ottimizzare ulteriormente le prestazioni del prodotto e ridurre i costi di produzione di oltre il 50%. Ora stiamo anche esplorando un flusso di lavoro digitalizzato che supporterà e accelererà meglio la personalizzazione di massa delle piastre fredde per le diverse esigenze dei clienti. Grazie all'AM, non sono stati sostenuti costi di attrezzaggio per la personalizzazione di massa delle piastre fredde e non è richiesta una quantità minima d'ordine per i clienti. Con la produzione tradizionale (lavorazione, elettroerosione a filo e brasatura, ecc.), il costo minimo di allestimento è di circa 3.000 euro per ogni nuovo modello di CPU e GPU. Questa soluzione AM è adatta sia per applicazioni greenfield che brownfield, compreso l'edge computing. Prevediamo che questa prossima generazione di design sarà ancora più conveniente ed efficiente, il che porterà a maggiori risparmi e guadagni di prestazioni per l'utente finale.
Breve profilo aziendale:
CoolestDC è una start-up deep tech con sede a Singapore che vanta una notevole esperienza nella gestione termica di dispositivi elettronici ad alto flusso di calore e la capacità di offrire servizi di progettazione utilizzando la tecnologia di raffreddamento a liquido ad alta efficienza Oblique Fin. CoolestDC collabora attualmente con il team Additive Minds di EOS Singapore nella fornitura di soluzioni di raffreddamento innovative prodotte in modo additivo per contribuire alla sostenibilità dei data center. Ulteriori informazioni: https://www.coolestdc.com
Casi di studio EOS
Esplorate tre decenni di eccellenza pionieristica nella stampa 3D con EOS
Migliorare l'efficienza produttiva con la stampa 3D
Caso di studio | Atlas Copco
Adottando la produzione additiva (AM) in-house, Atlas Copco è stata in grado di tenere il passo con la crescente domanda di flessibilità, velocità ed efficienza, ottenendo significativi risparmi sui costi, riducendo gli scarti e accorciando drasticamente i tempi di consegna.
Droni autonomi sciamanti con la stampa 3D
Caso di studio | Festo
Il drone BionicBee è piccolo, ultraleggero e può volare automaticamente in sciame. Grazie alla tecnologia FDR, il peso del telaio è stato ridotto del 75% a soli 3 grammi.
Stampi in fibra stampati in 3D per lo stampaggio della pasta di legno
STUDIO DI CASO | Ingegneria Payr
Payr, un fornitore di servizi di ingegneria austriaco, è riuscito a ridurre il costo di fabbricazione degli stampi in fibra per la produzione di pasta di cellulosa di almeno il 50% rispetto ai metodi tradizionali. Questo sviluppo rende gli stampi stampati in 3D un'opzione valida per il confezionamento di piccole quantità o varianti.
