Especialista técnico da Dell: comparação de cinco tecnologias de gerenciamento térmico de servidor, DLC monofásico é mais eficaz

Recentemente, em uma palestra técnica organizada pelo DCD, o Dr. Tim Shedd, especialista em tecnologia da Dell, revelou a comparação de desempenho de cinco tecnologias de gerenciamento térmico de servidores em uma apresentação intitulada "Comparação de desempenho de cinco tecnologias de gerenciamento térmico de servidores". As principais tecnologias de resfriamento de data centers estudadas na pesquisa incluem resfriamento a ar, imersão monofásica, imersão bifásica, resfriamento direto por líquido bifásico e resfriamento direto por líquido monofásico (DLC, placa fria).

A pesquisa da Dell indica que, em comparação com os outros quatro métodos de resfriamento de data centers, o resfriamento direto por líquido (DLC) monofásico apresenta a mais alta eficiência térmica, proporcionando um caminho potencial para melhor sustentabilidade e maior eficiência.

O relatório observa que até 2025, espera-se que a potência do CPU ou chip GPU atinja até 500W, com inteligência artificial e aprendizado de máquina elevando a potência da GPU para 700W e um aumento futuro previsto para 1000W.

Mais importante ainda, à medida que a potência aumenta, há uma demanda por temperaturas mais baixas de empacotamento do chip e menores diferenciais de temperatura para garantir a operação normal do chip. Portanto, os desafios para os sistemas de gestão térmica se intensificam.

O relatório utiliza dados típicos de configuração de servidores de data centers para construir um modelo térmico simplificado, ilustrando a aplicabilidade dessas cinco tecnologias de gerenciamento térmico quando a potência do processador aumenta de 250 W para 500 W.

Processador de 250 W

Nos últimos anos, quando o TDP do processador estava em torno de 250 W, todas as cinco tecnologias de gerenciamento térmico podiam resfriar com eficiência racks típicos de data centers, como aqueles que implementam 32 servidores montados em rack de 250 W com soquete duplo. Para um servidor montado em rack 2U, a diferença de temperatura entre a embalagem do chip e o ar que passa pelo servidor foi de aproximadamente 26 graus. Portanto, com apenas 25 graus de ar frio, a temperatura do chip poderia ser mantida em torno de 51 graus, o que é bastante razoável.

Neste ponto, a eficiência do resfriamento a ar de servidor único é comparável ao resfriamento por imersão monofásico.

No resfriamento por imersão bifásico, o diferencial de temperatura entre a embalagem do chip e o líquido de resfriamento é de cerca de 20 graus, enquanto a tecnologia DLC possui um diferencial ainda menor. Em vazões típicas de 1 lpm (1 litro por minuto) ou 2 lpm (2 litros por minuto), o diferencial de temperatura entre a base da placa fria DLC e a embalagem do chip permanece dentro de uma faixa de 10 graus.

Processador de 350W

Atualmente, com a potência do processador individual aumentada para 350 W a 400 W, o diferencial de temperatura necessário para dissipar o calor do chip para a água de resfriamento das instalações continua a aumentar.

Para uma implantação de resfriamento de gabinete com 32 servidores montados em rack de 350 W com soquete duplo, o diferencial de temperatura entre o resfriamento a ar (1U) e o pacote do chip excede 50 graus. Isso significa que resfriar o servidor com ar frio de 25 graus resultaria em uma temperatura do processador de cerca de 75 graus, próxima ao limite de temperatura operacional do processador.

Neste ponto, a eficácia do resfriamento por imersão monofásico é comparável ao resfriamento a ar (1U), enquanto o resfriamento a ar (2U) pode manter um diferencial de temperatura entre o ar e o chip em torno de 38 graus.

Além disso, o diferencial de temperatura entre o líquido de resfriamento de imersão bifásico e a embalagem do chip é de cerca de 25 graus, enquanto o DLC monofásico e o DLC bifásico permanecem altamente eficientes. O diferencial de temperatura entre o DLC bifásico e o chip é de cerca de 15 graus, e a uma vazão de 1 lpm, o diferencial de temperatura para o DLC monofásico é de cerca de 11 graus.

É evidente que com o aumento da potência do processador para 350 W-400W, o resfriamento a ar está se aproximando dos limites práticos, exigindo ar mais frio e exacerbando o consumo de energia de resfriamento.

500W

Nos próximos dois a três anos, espera-se que o TDP do processador aumente geralmente para 500W, representando desafios significativos para o resfriamento do ar. Serão necessários métodos inovadores de design de radiadores ou a dependência de tamanhos maiores para permitir a entrada de mais ar e resfriar o processador.

Neste ponto, o resfriamento a ar (1U), o resfriamento por imersão monofásico e o diferencial de temperatura entre as embalagens dos chips excedem 60 graus. O resfriamento por imersão em duas fases permanece eficaz, mas o diferencial aumentará para cerca de 34 graus. Os diferenciais de temperatura entre o DLC bifásico e o DLC monofásico (1 lpm) são semelhantes, em torno de 25 graus, enquanto o DLC monofásico (2 lpm) tem um diferencial menor, em torno de 17 graus.

É importante notar que o resfriamento de água em alta temperatura na faixa de 48 a 50 graus pode apresentar algumas oportunidades reais para a reutilização de energia térmica nesta fase.

Resumo

Resfriamento de ar:

O aumento do TDP do processador representa desafios crescentes para o resfriamento do ar.

Os avanços em radiadores e ventiladores podem ultrapassar limites.

Normalmente encontra limitações no impacto do calor do processador em outros componentes.

Resfriamento DLC:

O resfriamento monofásico excede em muito o TDP de 500W.

O DLC bifásico pode resfriar um TDP alto, embora haja problemas de resistência ao fluxo de vapor que devem ser resolvidos.

Avanços no design do sistema ou na tecnologia de fluidos podem melhorar o DLC de duas fases.

Resfriamento por imersão:

Desafios crescentes com alto TDP.

Os avanços nos radiadores e na tecnologia de fluidos podem ultrapassar limites.

O bifásico é limitado pelo ponto de ebulição do fluido e pelo desempenho do condensador.

 

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