액체 냉각 기술 - 데이터 센터의 에너지를 절약하고 소비를 줄이는 새로운 방법
디지털 경제와 사물인터넷 시대에 대용량 데이터의 계산과 처리를 위해서는 데이터센터의 인프라 규모의 지속적인 확장이 필요하며, 이로 인해 에너지 소비가 급증하는 문제도 발생합니다. "중국의 "신 인프라 개발에 관한 연구 보고서"에 따르면, 2025년까지 글로벌 데이터 센터는 글로벌 에너지 소비에서 최대 33%까지 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예상됩니다. 중국에서는 국가 데이터 센터의 전력 소비가 8년 연속 12% 이상의 비율로 증가하고 있으며, 사회에서 전력 소비가 차지하는 비중은 앞으로도 계속 증가할 것입니다.
데이터 센터의 에너지 소비는 주로 서버 자체의 전력 소비와 서버 냉각에 필요한 냉각 전력이라는 두 가지 측면에서 발생합니다. 데이터센터의 컴퓨팅 성능이 향상됨에 따라 새로 구축되는 데이터센터에 대한 가장 큰 투자는 건물 자체가 아니라 전원 공급을 보장하기 위한 장비 비용과 데이터센터 냉각 비용입니다. 통계에 따르면 데이터센터의 냉동 시스템은 전체 데이터센터 에너지 소비의 약 40%를 차지한다.
액체 냉각 기술은 공기 냉각과 같이 공기를 통한 간접적인 냉각이 아닌 액체를 열 전달 매체로 사용하여 가열 부품과 열을 교환하고 열을 빼앗는 것을 말합니다. 액체는 공기보다 25배 더 나은 열전도 효과를 가지며 더 빠르고 더 나은 온도 전달 효과를 갖습니다. 한편, 액체는 비열 용량이 크기 때문에 많은 양의 열을 흡수한 후에도 온도가 크게 변하지 않아 CPU 온도가 안정화됩니다. 액체 냉각 기술은 스프레이 유형, 침지 유형, 냉각판 유형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
스프레이형 액체 냉각 :
섀시 상단에 액체와 열린 구멍을 저장하여 위치와 발열 크기에 따라 발열체에 냉각수를 분사하여 장비 냉각 목적을 달성합니다. 분사된 액체는 냉각 장치와 직접 접촉하여 냉각 효율이 높습니다. 그러나 분무 과정에서 액체는 고온 물체를 만날 때 표류 및 증발을 경험하게 됩니다. 미스트 방울과 가스는 섀시 구멍의 틈새를 따라 섀시 외부로 방출되어 컴퓨터실 환경의 청결도를 저하시키거나 다른 장비에 영향을 줍니다.
침수형 액체 냉각:
전자 부품은 밀봉되어 있지만 쉽게 접근할 수 있는 용기에 담긴 유전체 액체에 직접 담그고 전자 부품에서 액체로 열이 전달됩니다. 일반적으로 순환 펌프는 가열된 전자 불소 용액을 열 교환기로 흐르게 하는 데 사용되며, 여기서 용액은 냉각되어 용기로 다시 순환됩니다. 침수형은 단상형과 2상형의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 단상 침지 액체 냉각에서 전자 불소 액체는 액체 상태로 유지됩니다. 2단계 침지 액체 냉각에서 전자 플루오르화 액체의 비등 및 응축 과정은 액체의 열 전달 효율을 기하급수적으로 향상시킵니다.
냉각판 액체 냉각:
방열을 위해 전자 부품에 조립된 냉각판을 통해 펌프를 통해 액체 매체를 순환시켜 칩을 직접 냉각합니다. 액체는 전자 장치와 직접 접촉하지 않습니다. 비유전체 액체(예: 물/에틸렌 글리콜)는 일반적으로 직접 칩 냉각에 사용되지만 유전체 전자 불소화 액체는 직접 칩 애플리케이션에도 사용할 수 있어 누출 관련 위험을 줄이고 하드웨어/IT 장비 신뢰성을 향상시킵니다. 단상 및 2상 기술을 사용하여 직접 칩 냉각을 달성할 수 있습니다.
현재 액체 냉각 기술은 국내외 일부 데이터센터에 적용 및 검증됐다. 예를 들어:
Alibaba Cloud: 2018년 Alibaba Cloud는 몰입형 액체 냉각 기술을 기반으로 한 세계 최초의 슈퍼컴퓨팅 클러스터인 X-Dragon 슈퍼 컴퓨팅 클러스터를 출시했습니다. 이 클러스터는 2단계 침지형 액체 냉각 솔루션을 채택하여 서버를 불소 용액에 완전히 담그고 불소 용액의 비등 및 응축을 통해 효율적인 열 방출을 달성합니다. Alibaba Cloud에 따르면 이 클러스터는 서버 전력 소비를 50% 줄이고, 냉각 효율성을 80% 향상시키며, 데이터 센터 공간과 유지 관리 비용을 절약할 수 있습니다.
Tencent Cloud는 2019년 구이저우에 분무 액체 냉각 기술을 기반으로 한 세계 최초의 데이터 센터인 Guiyang T3 데이터 센터를 건설했습니다. 데이터 센터는 분무 액체 냉각 방식을 채택하여 서버 위에 불소 용액을 원자화된 형태로 분사하고 열 방출을 달성합니다. 불소 용액과 공기 사이의 열 교환을 통해. Tencent Cloud에 따르면 데이터 센터는 PUE를 1.2 미만으로 줄이고 컴퓨터실 공간을 30% 절약하며 서버 성능과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
마이크로소프트는 수중 액체 냉각 기술을 기반으로 한 데이터 센터인 프로젝트 네이틱(Project Natick)을 2020년 스코틀랜드 바다 밑에 가라앉혔다. 데이터 센터는 단상 침수 액체 냉각 방식을 채택해 서버를 질소로 채워진 압력 용기에 완전히 담그고 바닷물을 사용한다. 열 방출. Microsoft에 따르면 데이터 센터는 자급자족 가능한 에너지 공급을 달성할 수 있으며 더 높은 안정성과 보안을 갖추고 있습니다.
데이터 센터 규모의 지속적인 확장, 컴퓨팅 밀도 증가, 에너지 비용 증가, 환경 요구 사항 증가로 인해 기존의 공기 냉각 기술은 더 이상 데이터 센터의 개발 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 반면, 액체 냉각 기술은 에너지 절약 및 소비 감소, 환경 적응성, 유연한 설계, 폐열 활용, 환경 친화성 등 분명한 장점을 갖고 있어 데이터 센터 냉각 기술의 미래 발전 방향이 되고 있습니다.
