خنک کننده غوطه ور در مقابل. مستقیم-به-خنک کردن تراشه: چه معنایی برای مشخصات لوله کشی شما دارد

مقدمه: تصمیمی که خیلی دیر اتفاق می افتد

اکثر مهندسان مرکز داده بر اساس اهداف چگالی رک و بودجه سرمایه، فناوری خنک‌کننده خود را - غوطه‌ورسازی یا مستقیم-به-تراشه کردن - انتخاب می‌کنند. مشخصات لوله‌کشی بعداً ارائه می‌شود و اغلب به‌عنوان جزییات اجرایی به جای یک محرک طراحی در نظر گرفته می‌شود. این توالی یک اشتباه است.

سیستم سیالی که پیرامون معماری خنک کننده انتخابی خود می سازید، قابل تعویض نیست. مشخصات لوله‌کشی که برای خنک‌کننده مستقیم-به-تراشه (D2C) (D2C) سرد-صفحه‌ای سرد-به معنای واقعی کلمه و از نظر عملیاتی - نوشته شده است، اگر به‌صورت مجدد در-غوطه‌ور شدن تک فاز نصب شود، و بالعکس. با توجه به اینکه تراکم رک‌های GPU به طور معمول از 50 کیلو وات فراتر می‌رود و بارهای کاری هوش مصنوعی به سمت 100 کیلووات در هر رک می‌رود، دریافت مشخصات لوله درست در مرحله طراحی شماتیک دیگر اختیاری نیست. یک نشت واحد در یک سیستم D2C می تواند کل رک 400000 دلاری سخت افزار GPU را در چند ثانیه از بین ببرد.

این راهنما برای مهندسین مکانیک و لوله‌کشی نوشته شده است که قبلاً تصمیم معماری خنک‌کننده را گرفته‌اند (یا می‌کنند) و باید این انتخاب را به یک مشخصات لوله‌کشی قابل دفاع و مطابق با ASHRAE{0}} ترجمه کنند.

 

 

رک CDU مرکز داده خنک‌کننده مایع مستقیم به تراشه

 

1. دو معماری، دو منطق حلقه سیال کاملاً متفاوت

قبل از دست زدن به یک برنامه لوله، درک کنید که خنک کننده غوطه وری و D2C بر اساس اصول هیدرولیکی اساسا متفاوت عمل می کنند.

مستقیم-به-تراشه (D2C)مایع - معمولاً آب دیونیزه یا یک آب{1}}ترکیب گلیکول - را از طریق صفحات سرد نصب شده مستقیماً روی CPU، GPU و ASIC به گردش در می‌آورد. گرما در سطح تراشه جذب می شود و به واحد توزیع خنک کننده (CDU) منتقل می شود که آن را با سیستم آب تاسیسات مبادله می کند. نتیجه یک شبکه متراکم و تحت فشار از لوله‌های-قطر کوچک، منیفولدها، اتصالات قطع سریع-و صفحات سرد است که همگی باید در تعادل هیدرولیکی به طور همزمان کار کنند.

خنک کننده غوطه وری تک فازکل بردهای سرور را در یک سیال دی الکتریک - معمولاً یک هیدروکربن مصنوعی یا سیال مهندسی شده - در داخل یک مخزن غوطه ور می کند. گرما از تمام اجزاء به سیال منتقل می شود و سپس از طریق یک مبدل حرارتی خارجی پمپ می شود. شبکه لوله خارجی حداقل است: اساساً دو اتصال در هر مخزن (تامین و بازگشت) به یک CDU یا حلقه خنک کننده تأسیسات اجرا می شود.

تفاوت معماری فاحش است: D2C چالش هیدرولیک را در ده ها نقطه اتصال در هر رک توزیع می کند. غوطه وری آن را در یک حلقه خارجی ساده و کم فشار- یکپارچه می کند. همه چیز پایین دست در مشخصات لوله کشی شما از این تمایز ناشی می شود.

 

2. انتخاب مواد لوله: جایی که ASHRAE مرز را تعیین می کند

ASHRAE TC 9.9 و TC 9.6 در مورد سازگاری مواد صریح هستند. برای حلقه‌های خنک‌کننده مبتنی بر آب{4}}D2C، دستورالعمل روی، آلومینیوم و برنج حاوی بیش از 15 درصد روی - را ممنوع می‌کند که همگی در حضور آب تصفیه‌شده، خوردگی گالوانیکی را تسریع می‌کنند. از نظر عملی، این امر اتصالات استاندارد برنجی زرد و لوله های فولادی گالوانیزه را که در سیستم های هیدرونیک HVAC رایج هستند، رد می کند.

برای حلقه سیستم خنک کننده فناوری (TCS) - حلقه ثانویه که مستقیماً صفحات سرد را ارائه می دهد -فولاد ضد زنگ 304 یا 316مشخصات استاندارد است. حلقه TCS معمولاً از آب دیونیزه یا بسیار تصفیه شده استفاده می کند که در واقع نسبت به آب شهری نسبت به خوردگی تهاجمی تر است زیرا تقریباً هیچ ظرفیت بافری ندارد. یک شیر جداسازی در هر قفسه، که برای فشار عملیاتی سیستم درجه بندی شده و از ضد زنگ 316 ساخته شده است، هم برای نگهداری معمول و هم برای جداسازی نشت اضطراری مورد نیاز است.

برای خنک سازی غوطه وری، چالش مواد به طور کامل تغییر می کند. سیال دی الکتریک از نظر شیمیایی نسبت به اکثر فلزات بی اثر است، اما به شدت به الاستومرهای - استاندارد EPDM و Buna-N که در برنامه های HVAC استفاده می شود، حمله می کند، ظرف چند ماه پس از تماس با سیالات دی الکتریک مبتنی بر هیدروکربن، متورم شده و تخریب می شود. خود مواد لوله‌کشی (زنگ‌زنگ، فولاد کربنی) معمولاً سازگار است، اما هر واشر، حلقه O{5}} و اتصال انعطاف‌پذیر در حلقه خارجی باید به‌عنوان PTFE یا ماده فلوروپلیمری که برای سیال خاص مورد استفاده درجه بندی شده است، مشخص شود.

 

3. اندازه لوله، سرعت جریان و افت فشار

ASHRAE TC 9.6 حداکثر سرعت سیال را تنظیم می کند2.1 متر بر ثانیه برای قطر لوله های بزرگتر از 3 اینچبرای جلوگیری از فرسایش در اتصالات و خمیدگی ها. زیر 3 اینچ، حد عملی به 1.5-1.8 متر بر ثانیه نزدیک تر است قبل از اینکه نویز و خطر فرسایش به طور غیرقابل قبولی افزایش یابد. این محدودیت ها برای هر دو معماری خنک کننده اعمال می شود، اما نتایج اندازه گیری بسیار متفاوتی ایجاد می کند.

در سیستم های D2C، سرعت جریان توسط بار حرارتی هر صفحه سرد تعیین می شود. با افزایش TDP تراشه (قدرت طراحی حرارتی) - پردازنده‌های گرافیکی مدرن H100 با 700 وات TDP کار می‌کنند، با-شتاب‌دهنده‌های نسل بعدی پیش‌بینی‌شده در 1000 وات+ -، تقاضای جریان در هر صفحه سرد به طور متناسب افزایش می‌یابد. یک قفسه 50 کیلوواتی با خنک کننده D2C ممکن است به 8 تا 12 لیتر در دقیقه مایع خنک کننده در منیفولد رک نیاز داشته باشد که در بین 8 تا 16 صفحه سرد جداگانه توزیع شده است. این امر نیاز به تعادل هیدرولیکی دقیق را تحریک می کند: صفحات سرد موازی باید جریان را به طور عادلانه تقسیم کنند، در غیر این صورت داغ ترین تراشه ها - معمولاً در انتهای شاخه منیفولد - از ظرفیت خنک کننده محروم خواهند شد.

در سیستم‌های غوطه‌وری، حلقه لوله خارجی بار گرمای کامل مخزن را حمل می‌کند، اما با سرعت و فشار بسیار پایین‌تری، زیرا مکانیسم حرکت در داخل مخزن، همرفت و پمپاژ با سرعت پایین-نه فشار بالا{1}}اجباری است. یک مخزن غوطه وری 250 کیلوواتی معمولاً تنها به 20 تا 30 لیتر در دقیقه از طریق حلقه مبدل حرارتی خارجی نیاز دارد، در فشارهای سیستم که به ندرت از 2 تا 3 بار بیشتر می شود.

تصمیم مسیریابی سربار در مقابل کف نیز بر اندازه تأثیر می گذارد. راهنمای ASHRAE اشاره می‌کند که اجرای لوله‌های کف باید ضخامت عایق و فاصله تقاطع لوله را در نظر بگیرد - افزودن 50 میلی‌متر به قطر لوله هنگام محاسبه پوشش عایق، یک خطای معمول برنامه‌ریزی است که تضاد هماهنگی با طرح‌بندی کاشی‌های کف برآمده- ایجاد می‌کند.

 

4. شیرهای جداسازی، صافی ها و کنترل نشت: جزئیات مشخصاتی که از زمان کار محافظت می کند

اینجاست که مشخصات لوله‌کشی مستقیماً انعطاف‌پذیری عملیاتی را تعیین می‌کند و بیشتر اسناد مشخصات در آن نوشته می‌شوند.

برای سیستم های D2C، هر قفسه باید دارای یک دریچه جداسازی در هر دو پایه تغذیه و برگشت باشد که امکان جداسازی و تخلیه یک رک را برای تعمیر و نگهداری بدون خاموش کردن قفسه های مجاور فراهم می کند. نوع شیر ترجیحی برای این کاربرد aشیر توپی 3 تکهدر فولاد ضد زنگ 304 یا 316. طراحی بدنه سه‌تکه‌ای در اینجا بسیار مهم است: برخلاف شیرهای یک‌تکه‌ای یا دو تکه‌ای، می‌توان آن را بدون بریدن لوله یا جدا کردن بدنه شیر از خط - در جای خود جدا کرد تا درزگیرها جایگزین شود یا نشیمنگاه تمیز شود. در یک محیط مرکز داده زنده که در آن به حداقل رساندن زمان از کار افتادن رک بسیار مهم است، این سرویس‌پذیری در خط یک مزیت عملیاتی معنادار است، نه یک ویژگی لوکس.

در بالادست هر منیفولد قفسه، یک صافی Y از جنس استنلس استیل برای محافظت از کانال‌های میکرو{0}}صفحه سرد در برابر آلودگی ذرات مورد نیاز است. هندسه صفحه سرد برای-GPUهای با کارایی بالا از عرض کانال به اندازه 0.5 تا 1.0 میلی متر استفاده می کند. یک ذره 200 میکرونی می تواند تا حدی یک کانال را مسدود کند و یک نقطه داغ موضعی ایجاد کند که نظارت حرارتی ممکن است تا زمانی که درگیری تراشه شروع نشود آن را نگیرد. بر اساس دستورالعمل‌های کیفیت آب ASHRAE TC 9.9، صافی‌هایی را با درجه مش 50 میکرون یا ظریف‌تر در حلقه TCS مشخص کنید.

در پایه برگشت، یک شیر چک فولاد ضد زنگ از جریان معکوس از طریق مبدل حرارتی CDU هنگامی که یک قفسه ایزوله می‌شود یا پمپ خاموش می‌شود - یک رویداد جریان برگشتی که می‌تواند سیال گرم را به هدر منبع تغذیه وارد کند و دمای مایع خنک‌کننده را در کل ردیف قبل از پاسخگویی کنترل‌ها افزایش دهد، جلوگیری می‌کند.

برای اتصالات-برای{1}}منیفولد کردن سرور، مطابق با استانداردهای اتصال OCP (پروژه محاسبات باز) اتصالات خشک-شکستن سریع{3}}قطع اتصال با حداکثر ریزش مجاز 1 سانتی متر مکعب در هر چرخه قطع را مشخص کنید. بخش‌های شلنگ انعطاف‌پذیر در این اتصالات باید با گیره‌های اضافی در فواصل 150 میلی‌متری محکم شوند تا از افت فشار ناشی از افتادگی-و تنش روی رزوه‌های اتصال جلوگیری شود.

برای سیستم های غوطه وری، مشخصات جداسازی ساده تر است اما بی اهمیت نیست. هر مخزن به دریچه های عایق تامین و برگشت به اندازه جریان کامل مخزن، به علاوه یک پورت نمونه برای نظارت بر کیفیت سیال نیاز دارد. اتصالات حلقه خارجی را در یک ماده سازگار با سیال دی الکتریک خاص مشخص کنید - پیش از نهایی کردن مشخصات، سازگاری با تامین کننده سیال را به صورت کتبی تأیید کنید، زیرا فرمولاسیون سیال اختصاصی متفاوت است.

کابل تشخیص نشت باید در تمام طول تمام لوله‌های تغذیه D2C، در پایین‌ترین نقطه در دسترس هر سینی لوله یا سینی کابل قرار گیرد. برای سیستم‌های غوطه‌وری، با توجه به اینکه اتصالات لوله‌های خارجی کم و قابل مشاهده است،-نشت‌شناس نقطه‌ای در هر پایه مخزن و در CDU کافی است.

 

 

شیر توپی 3 تکه رزوه ای Leadtek

 

5. چک لیست مشخصات عملی قبل از صدور برای ساخت و ساز

قبل از اینکه مشخصات لوله کشی شما تیم مهندسی را ترک کند، موارد زیر را در مورد معماری خنک کننده انتخابی خود تأیید کنید:

انطباق مواد: تمام فلزات خیس شده فاقد آلیاژهای روی و آلومینیوم (D2C) تایید شده است. همه الاستومرهای تایید شده سازگار با شیمی سیال دی الکتریک (غوطه وری)

بررسی سرعت: حداکثر 2.1 متر بر ثانیه در لوله های بزرگتر یا مساوی با قطر 3 اینچ، در هر ASHRAE TC 9.6

شیرهای جداسازی: یک شیر توپی رزوه ای 3 تکه در هر قفسه، عرضه و برگشت، با قابلیت سرویس دهی در خط (D2C)

رتبه بندی صافی: کمتر یا مساوی مش 50 میکرون در منبع TCS، بالادست هر منیفولد رک (D2C)

محل قرارگیری سوپاپ: پایه برگشتی CDU، هر شاخه برگشتی رک (D2C)

مشخصات قطع سریع-: خشک-شکستگی، کمتر یا مساوی ریزش 1 سی سی، سازگار با OCP- (D2C)

تشخیص نشت: کابل پیوسته در تمام مسیرهای تغذیه (D2C)؛ سنسورهای نقطه ای در پایه مخزن و CDU (غوطه وری)

ترخیص از کف: لوله OD plus عایق به اضافه فاصله تقاطع 50 میلی متری در مدل کف خالی تایید شده است

طرح تصفیه آب: سایت-برنامه شیمی خاص قبل از پر شدن سیستم، با پروتکل نظارت مداوم مشخص شده است

 

نتیجه گیری: سیستم لوله را برای مطابقت با معماری خنک کننده مشخص کنید، نه برعکس

تصمیم گیری فناوری خنک کننده و مشخصات لوله کشی مراحل متوالی نیستند - آنها یک تصمیم مهندسی یکپارچه هستند. انتخاب بین خنک کننده غوطه وری و D2C منطق هیدرولیک، محدودیت های مواد، استراتژی جداسازی و مشخصات خطر نشت کل سیستم سیال شما را تعیین می کند. تلاش برای تطبیق مشخصات عمومی لوله هیدرونیک HVAC با هر یک از معماری‌ها، سیستمی را تولید می‌کند که از نظر عملیاتی ضعیف عمل می‌کند و قرار گرفتن در معرض تعمیر و نگهداری غیر ضروری را ایجاد می‌کند.

مشخصات لوله کشی خود را در طراحی شماتیک، در کنار انتخاب معماری خنک کننده، درگیر کنید. از ASHRAE TC 9.6 و TC 9.9 به عنوان چارچوب انطباق پایه خود استفاده کنید و هر انتخاب مواد را بر اساس شیمی سیال واقعی در سیستم خود تأیید کنید - نه یک فرض عمومی "آب". 30 دقیقه صرف شده برای دریافت نوع دریچه جداسازی و رتبه بندی مش صافی درست در مرحله مشخصات، به طور قابل توجهی بیش از 30 دقیقه در زمان خرابی آینده صرفه جویی می کند.

 

سوالات متداول

س: آیا می توانم از لوله فولادی کربن استاندارد HVAC برای حلقه خنک کننده مستقیم-به-تراشه استفاده کنم؟

فولاد کربنی در حلقه‌های آب سرد{0} جانبی (FWS) استفاده می‌شود، اما برای حلقه سیستم خنک‌کننده فناوری (TCS) که مستقیماً به صفحات سرد سرویس می‌دهد، مناسب نیست. حلقه TCS از آب بسیار تصفیه شده با محتوای یونی کم استفاده می کند که نسبت به آب تصفیه شده HVAC خورنده تر به فولاد کربنی است. فولاد ضد زنگ 304 یا 316 را برای تمام لوله ها و اتصالات حلقه TCS مشخص کنید.

س: چرا سازنده CDU من اندازه اتصال لوله متفاوتی را نسبت به فروشنده صفحه سرد من مشخص می کند؟

CDU ها و صفحات سرد اغلب از سازندگان مختلف تهیه می شوند و با مفروضات مقاومت جریان داخلی متفاوت طراحی می شوند. عدم تطابق اندازه اتصال یک مشکل تعادل هیدرولیکی است: اگر CDU انتظار 10 لیتر در دقیقه در 2 بار را دارد و صفحات سرد مجموعاً به 14 لیتر در دقیقه برای حفظ دمای اتصال تراشه نیاز دارند، هیچ یک از مشخصات فروشنده اشتباه نیست - طراحی سیستم آنها را مطابقت نداده است. یک مدل هیدرولیک از حلقه کامل TCS، از خروجی CDU تا هر صفحه سرد و پشت، باید قبل از نهایی کردن اندازه اتصال تکمیل شود.

س: صافی های Y چند بار باید روی یک حلقه خنک کننده D2C تمیز شوند؟

در طول 90 روز اول کار، سبدهای صافی را به صورت ماهانه بازبینی کنید - سیستم های لوله کشی جدید ذرات را به هنگام خشک شدن پوشش های لوله و ته نشین شدن اتصالات می ریزند. پس از وقفه-در دوره، بازرسی سه ماهه معمولاً برای سیستم‌های حلقه بسته با نظارت مداوم کیفیت آب کافی است. اگر CDU شما دارای یک سنسور فشار تفاضلی در سراسر صافی است، زنگ هشدار را روی 0.3 بار دلتا{7}}P به عنوان خط پایه سبد تمیز تنظیم کنید.

س: آیا تعیین لوله های خنک کننده غوطه وری ساده تر از D2C است؟

شبکه لوله خارجی برای خنک‌سازی غوطه‌وری به‌طور قابل‌توجهی ساده‌تر است - نقاط اتصال کمتر، فشار کمتر، و بدون توزیع منیفولد در سطح قفسه-. با این حال، مشخصات مواد پیچیده تر است زیرا سازگاری سیال دی الکتریک باید برای هر الاستومر، واشر و اتصال دهنده انعطاف پذیر در سیستم تأیید شود. حالت شکست نادرست بودن سازگاری مواد در یک سیستم غوطه وری کند است و به سختی قابل تشخیص است: تخریب مهر و موم طی 12 تا 18 ماه، به دنبال از دست دادن تدریجی سیال و آلودگی، به جای رویداد نشتی فوری و قابل مشاهده که سیستم های D2C ایجاد می کنند.

س: حداقل ارتفاع فضای خالی کف مورد نیاز برای اجرای لوله خنک کننده D2C در زیر یک طبقه مرتفع چقدر است؟

راهنمای ASHRAE حداقل جهانی را تعیین نمی کند، زیرا به قطر لوله، مشخصات عایق و اینکه آیا لوله ها از یکدیگر عبور می کنند بستگی دارد. یک قانون برنامه‌ریزی عملی این است که اجازه دادن به بزرگترین OD لوله در اجرا، به علاوه 75 میلی‌متر عایق در همه طرف‌ها، به‌علاوه فاصله 50 میلی‌متری در بالا برای لوله‌های متقاطع، به‌علاوه 25 میلی‌متر در زیر برای تکیه‌گاه‌ها. برای یک منبع تغذیه 4{8}}اینچی با عایق 25 میلی‌متری، حداقل فضای خالی کف تقریباً 300 میلی‌متر - بزرگ‌تر از فضای خالی ۲۵۰ میلی‌متری رایج در مراکز داده با طبقه مرتفع قدیمی است، که یک محدودیت مقاوم‌سازی است که ارزش شناسایی زودهنگام را دارد.