Vattenkylning – framtiden för hållbara datacenter

Vattenkylning - framtiden för hållbara datacenter 1
Rick Koopman, EMEA Technical Leader for High Performance Computing på Lenovo

Dagens höga datakonsumtion ställer allt högre krav på moderna datacenter, och vi kan se en stadig trend där företag försöker få ut den maximala effekten från varje enhet som står i datacentret.

Detta kan, om ohållbara metoder för nedkylning används, samt om datacentret drivs på icke förnybar el, få ödesdigra effekter på miljön.

Centrala processorenheter och grafikacceleratorer genererar högre och högre temperaturer för varje år. Samtidigt är det för riskabelt att installera termiska paket utformade för 240 W-urladdning i servrar som är tätt placerade, på grund av den höga temperaturen. Detta har resulterat i att de flesta datacenter idag är endast halvfulla med utrustning.

Högre energialstring kräver mer nedkylning

För ett par år sedan trodde man att den maximala gränsen för luftkylning var 600W per skåp. I dag, med den modernaste tekniken, är det möjligt att skapa små rackenheter som förbrukar så lite som upp till 1 kW. Teoretiskt, med hjälp av luftkylning, är det möjligt att avleda upp till 1,2 kW per enhet. Men om effekten hos varje enskild rackenhet fortsätter att öka kommer det att vara nödvändigt att tillhandahålla kylsystem på minst 2 kW.

Den konstant ökande accelereringen av dataanvändning innebär att allt fler datacenter byggs och fylls allt tätare med nedkylningskrävande rackar. I år kommer processorer med en effekt upp till 300 W eller till och med 350 W att dyka upp på marknaden, vilka kräver enorma kylare och fläktar för att svalna. År 2022 kan vi förvänta oss processorer med kapacitet på upp till hela 500 W per uttag. Dessa nya processorer kommer att kräva dubbelt så mycket kylkraft. Tekniskt sett innebär en fyrfaldig ökning av fläktens hastighet en åttafaldig ökning i volym. Att fortsätta kyla datacenter med fläktar kommer därmed bli en såväl dyr, samt såväl plats- som energikrävande metod, som kan få allvarliga konsekvenser för vårt klimat.

Låt vatten ersätta luft

Vattenkylning fungerar enligt principen att överföra hög temperatur från ett varmare föremål till ett kallare. Så länge kylmedlets temperatur ligger under serverns driftstemperatur, kommer den värme som genereras att spridas i vätskan. Jämfört med luft kan vatten transportera 4000 gånger mer värme, så att temperaturöverskottet enkelt tas bort från datacentrets serverutrustning. I framtiden kommer också det varma vatten som nedkylningsprocessen producerar kunna användas för att värma datacenterbyggnaden.

Alla chip och moduler i moderna datorsystem är konstruerade för att arbeta vid temperaturer på upp till 80° C och mer. På grund av det breda temperaturintervallet – mer än 50° C, kan vätskekylsystemet ställas in med exakta parametrar enligt specifikationerna för ett visst datacenter. Mikrokanalradiatorer gör det möjligt att absorbera temperaturöverskott direkt från källprocessorn, minnesmodulen, hårddisken eller nätverkskortet.

Tekniken används redan idag

Ett exempel på kylsystem för datacenter är Lenovo Neptune, som använder varmt vatten vid ett relativt lågt tryck, så endast en mindre mängd vätska passerar genom kylslingan, vilket minimerar behovet av vatten. Denna metod minskar värmemotståndet och den totala energiförbrukningen i datacentret. Tack vare vätskans höga temperatur behöver den inte kylas med energiintensiva kylare. Och så länge utomhuslufttemperaturen är lägre än vattentemperaturen, kan vattnet enkelt kylas med utomhusluft. Den värme som genereras kan också återanvändas för att värma närliggande hem, pooler och andra byggnader.

Ett exempel på hur detta kylsystem används idag är ett Leibniz Supercomputer center i tyska Leibniz, där Lenovos superdatorsystem SuperMUC-NG  kyls ner av Lenovo Neptune. Tack vare Lenovo Neptunes vätskekylningsteknik förbrukar SuperMUC-NG 30-40 procent mindre energi än jämförbara system och använder spillvärme för att värma alla datacentrets byggnader. Lenovo-systemet har bland annat inneburit att datacentret har minskat sina koldioxidutsläpp med upp till 85 procent, vilket är hela 30 ton mindre koldioxidutsläpp per år.

Vattenkylning - framtiden för hållbara datacenter 2
Bild: Förenklat diagram över ett datacenter som använder direkt vattenkylning

Datacenterbranschen måste ta sitt ansvar

Mängden data som konsumeras världen över varje år beräknas fortsätta öka exponentiellt. Detta innebär att de som ansvarar för lagringen och kommunikationen av denna data, datacenterbranschen, måste ta sitt ansvar för de konsekvenser för klimatet som denna utveckling innebär. Genom att använda sig av innovativ teknik som sänker datacentrens koldioxidutsläpp och genom att välja hållbar el för elförsörjningen av datacentren, kan vi alla bidra till att digitaliseringens inverkan på miljön minskar. Vattenkylning är ett exempel på hur innovation kan bidra till att man ersätter gamla ohållbara metoder med nya hållbara sådana. Om vi alla drar vårt strå till stacken, och gör rätt val då vi väljer såväl datacenter som den teknik som datacentret brukar, kan vi tillsammans minska digitaliseringens påverkan på miljön.

Rick Koopman, EMEA Technical Leader for High Performance Computing på Lenovo

Related Articles