Кульові крани в рідинному охолодженні безпосередньо-до-чіпа: пояснення вимог до керування потоком

Коли інженер центру обробки даних визначає обладнання для охолодження для стійки з графічним процесором потужністю 100 кВт, розмова зазвичай починається з холодних пластин, CDU та макетів колекторів. Клапани залишаються позаду, поки щось не піде не так. Одна неправильно налаштована точка ізоляції може призвести до повного вимкнення стійки під час періоду обслуговування. Клапан, який не може достатньо швидко реагувати на витік, може випити прискорювачі на 300 000 доларів. А компонент-контролю потоку, розмір якого відповідає системі опалення, вентиляції, вентиляції та кондиціонування будівлі, створюватиме дисбаланс тиску, який зменшуватиме продуктивність мікросхеми протягом декількох днів після введення в експлуатацію.

Пряме{0}}до-рідинного охолодження (D2C) -, де охолоджуюча рідина циркулює безпосередньо через холодні пластини, встановлені на процесорах, графічних процесорах і модулях пам’яті -, перемістилося від нішевої практики до основної потреби. Окремі мікросхеми прискорювачів тепер розсіюють до 1200 Вт тепла, а щільність -рівнів стійки зазвичай досягає 60–200 кВт. Повітряне охолодження не встигає за цими цифрами. Але заміна вентиляторів рідинними контурами означає введення нової категорії точних механічних компонентів у середовище, яке раніше було сухим. Правильний вибір клапана необов’язковий. Помилуватися дорого.

У цій статті пояснюється, чого насправді вимагають системи охолодження D2C від кульових кранів, з розподілом за функціональною роллю, і перетворює ці вимоги на конкретні критерії специфікації для інженерів і команд із закупівель.

 

Система CDU рідинного охолодження центру обробки даних

 

Як структуровані контури охолодження D2C

Перш ніж розглянути вимоги до клапанів, це допоможе зрозуміти, де розташовані клапани в системі D2C.

Блок розподілу охолодження (CDU) діє як теплообмінник і насос у центрі контуру. Він забирає теплу зворотну воду із серверних стійок, обмінюється теплом з охолодженою-водою об’єкта та надсилає кондиціонований охолоджувач назад через колектори подачі до кожної стійки. Всередині кожної стійки вторинний колектор розгалужує потік до окремих холодних пластин. У кожній точці розгалуження та з’єднанні клапани виконують одну з чотирьох окремих функцій: ізоляція, перемикання байпасу, модуляція потоку або аварійне відключення.

Кожна з цих функцій має свої власні технічні вимоги, і не кожна конструкція кульового крана задовольняє всі чотири.

 

Чотири функціональні ролі та вимоги кожної

1. Ізоляція для обслуговування та резервування

Найпоширенішим застосуванням кульового крана в системах D2C є ізоляція-рівня стійки. Коли серверний лоток потребує заміни або виникає витік холодної пластини, технічні спеціалісти мають скинути тиск і осушити цю гілку, не вимикаючи решту контуру.

Добре-спроектована ізоляційна архітектура розміщує клапани як на лінії подачі, так і на лінії звороту в з’єднанні-з-колектором. Це не надмірність сама по собі. Патенти великих операторів гіпермасштабування описують схеми ізоляції подвійного-клапана, де верхній і нижній кульовий крани працюють незалежно, кожен із власним піддоном для витоків. При виході з ладу верхнього клапана закривається нижній. Датчик протікання всередині лотка взаємодіє з системою управління будівлею (BMS), щоб автоматично запускати вторинне закриття без втручання людини.

Для цієї ролі критичною специфікацією є-повнопрохідна конструкція, тобто внутрішній діаметр отвору клапана відповідає діаметру труби. Клапан із зменшеним-прохідним отвором створює непотрібне падіння тиску в кожній точці ізоляції, а в стійці з 20 чи більше холодними пластинами, що працюють паралельно, ці падіння швидко зростають.

Специфікаційні вимоги для режиму ізоляції: повно{0}}геометрія отвору, рейтинг витоків класу VI (найсуворіший галузевий стандарт для пружних-клапанів із сідлами), корпус із нержавіючої сталі 316 для стійкості до корозії у вологих механічних приміщеннях та привід, інтегрований із сигналами керування BMS.

2. Обхід і перемикання контурів

A 3-ходовий фланцевий кульовий кранвиконує одну з найбільш складних у технічному відношенні завдань у системах D2C: направляє охолоджуючу рідину між декількома контурами залежно від умов експлуатації.

У конфігурації вільного-охолодження, де температури навколишнього середовища достатньо низькі, тому механічне охолодження не потрібне, ця конфігурація перенаправляє потік живлення через байпасний контур, повністю минаючи холодильну машину та заощаджуючи значну енергію. У резервованих архітектурах охолодження другий порт перенаправляє потік між основним і резервним контурами охолодження, якщо CDU відключається.

Тут необхідна точність вища, ніж проста ізоляція увімкнення/вимкнення. Клапан повинен підтримувати повторюваний коефіцієнт розподілу між своїми портами протягом тисяч робочих циклів. Зсув положення навіть на кілька градусів може змінити розподіл охолоджуючої рідини настільки, щоб вплинути на температуру з’єднання мікросхем. Це робить електричний привод із зворотним зв’язком положення кращим вибором перед ручним керуванням. Пневматичний привід, що працює з інтервалом у пів- секунди, достатньо швидкий для реагування на надзвичайні ситуації, але накопичує механічний знос швидше в програмах, які потребують безперервної модуляції.

Для режиму перемикання байпасу та контуру вкажіть клапан з характерною геометрією отвору T- або L-порту, електричним приводом із керуючим входом 4–20 мА або 0–10 В постійного струму та зворотним зв’язком позиції, під’єднаним до контролера керування CDU.

 

3-ходовий фланцевий кульовий кран Leadtek

 

3. Модуляція потоку-рівня

Не всі стійки в центрі обробки даних одночасно працюють з однаковим тепловим навантаженням. Стійка з неактивними серверами споживає набагато менше тепла, ніж та сама стійка за повного навчального навантаження ШІ. Якщо потік охолоджуючої рідини зафіксовано на максимальному рівні незалежно від завантаженості сервера, насоси цілодобово споживають енергію, пропорційну найгіршому сценарію-.

Динамічний контроль потоку вирішує це. Дослідники Техаського університету в Арлінгтоні продемонстрували пристрій керування потоком за допомогою V-кульового крана з V-різом, підключеного до мікросерводвигуна, який регулює потік на рівні серверної стійки на основі-використання-часу. В умовах простою в повній стійці система досягла зниження енергії накачування до 87%. Під час повного навантаження клапан відкрився повністю, щоб забезпечити максимальний потік.

Кульовий кран із V-вирізом (або V-вирізом) спеціально розроблено для режиму регулювання. На відміну від стандартної-повнопрохідної кулі, яка фактично повністю відкрита або повністю закрита, V-виїмка створює рівно-відсоткову характеристику потоку: даний приріст обертання клапана викликає пропорційну відсоткову зміну витрати, а не абсолютну зміну. Це робить клапан сумісним з ПІД (пропорційним-інтегральним-похідним) контурами керування, де контролер безперервно регулює потік для підтримки цільової заданої температури подачі.

4. Реагування на витік і аварійне відключення

Охолоджуюча рідина для електроніки є основною проблемою, яка перешкоджає швидкому застосуванню рідинного охолодження в центрах обробки даних. Сучасні системи D2C вирішують це за допомогою автономного захисту: кульові крани з електромагнітним- приводом у поєднанні з датчиками виявлення витоку, які переривають потік протягом мілісекунд після виявлення вологи в точці з’єднання.

Для аварійного відключення швидкість спрацьовування та-відмовостійкість мають більше значення, ніж точність модуляції потоку. Пневматичні приводи є кращими, оскільки вони перемикаються менше ніж за півсекунди та можуть бути налаштовані на пружинне-повернення в закрите положення після втрати керуючого сигналу. Така-закрита поведінка захищає апаратне забезпечення, якщо сама система керування втрачає живлення.

 

Перетворення ролей у специфікації

Більшість специфікацій клапанів для додатків D2C занижені, оскільки вони скопійовані з HVAC або загальних промислових шаблонів. Наступні критерії стосуються саме обов’язку D2C.

матеріал:Корпус і оздоблення з нержавіючої сталі 316 для сумісності з деіонізованою водою, сумішами води-гліколю та корозійним середовищем у залі даних. 304 із рідинним{2}}охолодженням. 304 нержавіюча сталь прийнятна для фітингів із низьким-напруженням, але не рекомендована для основної ізоляції.

Матеріал сидіння:PTFE або TFM (модифікований PTFE з кращою стабільністю розмірів) для сумісності зі звичайним хімічним складом охолоджуючої рідини D2C і довготривалої -ефективності ущільнення при робочому диференціалі від 5 до 15 PSI, типовому вікні тиску в гілці стійки D2C.

Кінцеві з'єднання:Перехід на сантехнічні трубки в сучасних конструкціях серверних стійок означає, що для багатьох клапанів-рівня стійки тепер потрібні три-затискачі або подібні гігієнічні кінцеві з’єднання, а не різьбові NPT або фланцеві з’єднання. Конфігурація 3 PC Ball Valve із трьома роздільними частинами корпусу дозволяє замінювати сідло без демонтажу клапана з лінії, що є значною перевагою в обслуговуванні в середовищах зі щільною кількістю стелажів, де доступ обмежений. Серія Leadtek із трьох-компонентів розроблена саме відповідно до цієї вимоги до зручності обслуговування, використовуючи прецизійні корпуси з нержавіючої сталі 316, оброблені з ЧПК-, які зберігають точність розмірів завдяки розширеному термоциклу.

Клас герметичності:Клас VI за ANSI/FCI 70-2, найщільніший стандарт витоку, який можна досягти в конструкції кульового крана на чверть оберту.

Цикл життя:Центри обробки даних штучного інтелекту працюють безперервно, а регулюючі клапани в байпасних ланцюгах CDU можуть перемикатися сотні разів на день. Мінімальний рейтинг циклу в 500 000 спрацьовувань для клапанів із електричним -приводом є розумним мінімумом закупівлі. Перевірте у виробника та перехресні -посилання на очікувану частоту контролю BMS перед тим, як фіксувати.

Інтеграція BMS:Системи D2C контролюються системами керування будівлею, які контролюють температуру, потік і тиск у всьому об’єкті. Клапани повинні приймати стандартні аналогові сигнали керування та повертати зворотний зв’язок щодо положення за тим самим протоколом, щоб увімкнути замкнуту -перевірку того, що клапан дійсно перемістився в задане положення.

 

Вибір правильної конфігурації клапана за положенням

Чим ширшекульовий кран з нержавіючої сталікатегорія охоплює широкий діапазон конфігурацій, і не кожна конфігурація підходить для кожної позиції в циклі D2C.

У первинному з’єднанні CDU, де діаметр труби найбільший і тиск найвищий, фланцеві кульові крани з ручним -колесом є типовими для нечастої ізоляції. На рівні колектора стійки більш практичними є компактні корпуси з 2- або 3- частин з електричними приводами, оскільки доступ до стійки обмежений. На рівні серверного лотка, де швидке від’єднання обумовлює зручність обслуговування, санітарні кульові крани з трьома затискачами стають галузевим стандартом.

Один принцип вибору застосовується незалежно від положення: повноваження клапана, яке описує, яку частину загального перепаду тиску в системі контролює клапан, має становити щонайменше 50% падіння тиску на гілці. Клапани з недостатнім авторитетом не можуть ефективно модулювати, оскільки інші опори системи домінують у поведінці потоку.

Leadtek Fluid, що працює на виробничому об’єкті площею 37 000 квадратних метрів у Кучжоу, Чжецзян, виробляє повний спектр конфігурацій клапанів, які використовуються на всіх рівнях системи D2C, від фланцевих ізоляторів у CDU до санітарних клапанів у відділенні холодної пластини. Маючи понад 30 років досвіду точного лиття та обробки з ЧПК, сертифікацію ISO 9001 і CE, а також 100 або більше сертифікованих варіантів кульових кранів, розроблених у -власних дослідженнях і розробках, Leadtek постачає системних інтеграторів D2C і операторів центрів обробки даних у понад 80 країнах.

 

Підсумок і рекомендації щодо дій

Пряме-охолодження-чіпа не дає збою, оскільки холодні пластини сконструйовано погано. Він дає збій на рівні розподілу, де дисбаланс тиску, неадекватна ізоляція та повільне реагування на надзвичайні ситуації перетворюють керовані події на дорогі інциденти.

Перш ніж розмістити замовлення на кульові крани D2C, підтвердьте наступне:

Повно{0}}геометрія в усіх точках ізоляції, щоб уникнути додаткових перепадів тиску

Три{0}}конфігурація зі зворотним зв’язком щодо положення в кожному положенні перемикання-байпаса або петлі

Корпус із нержавіючої сталі 316 і матеріал сидіння TFM поперек вторинної петлі стійки

Оцінка життєвого циклу перевірена на очікуваній частоті контролю BMS

Рейтинг витоку класу VI для будь-якого клапана, що працює безперервно

Тип кінцевого з’єднання відповідає стандарту трубок, які використовуються в стійці

Отримати ці специфікації безпосередньо перед установкою значно дешевше, ніж діагностувати проблеми дисбалансу потоку після роботи серверів.

 

FAQ

Яка різниця між 2-ходовим і 3-ходовим фланцевим кульовим краном у системі охолодження D2C?2-ходовий клапан має один впускний і один вихідний отвір і керує вмиканням/вимкненням або модулюючим керуванням в одній лінії. Три-конструкція має три порти, що дозволяє перенаправляти потік між двома шляхами (T-порт) або змішувати потоки з двох джерел (L-порт). У системах D2C ця конфігурація обслуговує байпасні схеми, резервне перемикання та керування економайзером вільного охолодження.

Чому нержавіюча сталь 316 є кращою, ніж 304 у контурах рідинного охолодження?Нержавіюча сталь 316 містить молібден, який значно покращує стійкість до точкової та щілинної корозії, -спричиненої хлоридами. Вода, що охолоджує центр обробки даних, навіть після хімічної обробки, піддає внутрішні частини клапанів умовам, які 304 адекватно справляється з фітингами з низьким-контактом, але менш надійно в сідлах і корпусах із високим-циклом під час постійного потоку.

Як часто слід перевіряти кульові крани в системі D2C?Ручні запірні клапани, які перемикаються лише під час технічного обслуговування, зазвичай вимагають щорічної перевірки. Регулювальні клапани з електричним-приводом, які циклічно змінюються під командою BMS, мають відповідати терміну служби-циклу виробника, із запланованою перевіркою сідла на 50% номінального терміну служби. Конструкції кузова з трьох- частин спрощують цей огляд, оскільки кузов відокремлюється для доступу до сидіння без виведення лінії з експлуатації.

Що означає «авторитет клапана» і чому це важливо для модуляції потоку D2C?Авторитет клапана – це відношення падіння тиску на клапані при повному відкритті до загального падіння тиску в розгалуженому контурі. Клапан з низьким авторитетом не може ефективно регулювати потік, оскільки домінують інші опори контуру. У розгалуженнях D2C, що працюють при диференціалі від 5 до 15 PSI, регулюючий клапан має становити принаймні половину цього бюджету тиску при повністю-відкритому потоці, щоб підтримувати значущий діапазон модуляції.

Чи можна використовувати стандартні кульові крани HVAC для охолодження безпосередньо-до-чіпа?Не надійно. Стандартні клапани HVAC розраховані на набагато вищу швидкість потоку та грубіший контроль, ніж вимагають гілки D2C. Їхні приводи часто надто повільні для синхронізації системи керування CDU, а матеріали їхніх сідла можуть бути несумісними з пакетами інгібіторів корозії, які використовуються в деіонізованій охолоджувальній воді. D2C-сумісні клапани вибираються для низького-перепаду тиску, високих номінальних значень циклу, санітарних або корозійно-стійких матеріалів і сумісності з сигналом BMS. Використання великогабаритного клапана HVAC у гілці D2C є поширеним джерелом нестабільності в контурах керування CDU.