СТА №1/2017

96 СТА 1/2017 www.cta.ru В ВЕДЕНИЕ Известно, что современные серверы могут похвастаться очень высокой производительностью. Однако увеличение вы- числительной силы влечёт за собой существенную пробле- му – количество выделяемого компонентами вычислитель- ной системы тепла серьёзно возрастает. Для того чтобы охла- дить комплектующие, приходится использовать всё более эф- фективные системы воздушного охлаждения. В результате шум от постоянно работающих вентиляторов в корпусе сер- вера становится всё более громким, а вибрации от вентилято- ров начинают негативно влиять на сами комплектующие. И если таких серверов набирается целая стойка, то воздуш- ное охлаждение может работать на пределе своей производи- тельности, что сказывается на его надёжности. К тому же тра- диционное воздушное охлаждение уже совершенно не спаса- ет, когда за окном стоит жаркая летняя погода. Тут есть смысл задуматься над применением жидкостного охлаждения, о воз- можностях и преимуществах которого многие пользователи даже не подозревают. О СОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В качестве теплоносителя используется вода. Она посто- янно циркулирует и поступает к компонентам компьютера, нуждающимся в охлаждении. Далее она по трубкам проходит в радиатор, где тепло от воды передаётся воздуху и отводится за пределы вычислительного блока. Движение воды в систе- ме жидкостного охлаждения осуществляется с помощью спе- циальной помпы. Поскольку жидкость имеет большую теп- лопроводность, чем воздух, то она гораздо эффективнее отво- дит тепло от различных компонентов компьютера, включая процессор и графический чип. Систему жидкостного охлаждения очень выгодно исполь- зовать по нескольким причинам. Во-первых, как говорилось ранее, эффективность такого охлаждения гораздо выше воз- душного, а значит, подобную систему можно использовать для того, чтобы разогнать систему и одновременно обеспе- чить стабильность её работы. Вы можете добиться разгона процессора и других компонентов без существенного уве- личения их температур, что самым положительным образом отразится на надёжности работы комплектующих и конечных результатах по производительности. Во-вторых, при использовании жидкостной системы охлаждения фактически нет никаких вентиляторов. Это озна- чает, что можно сделать работу сервера гораздо более тихой и комфортной. Таким образом, с помощью жидкостного охлаж- дения можно получить мощный и одновременно малошумя- щий сервер. К минусам системы жидкостного охлаждения обычно от- носят некоторую сложность её сборки и дороговизну. Однако собрать все компоненты жидкостного охлаждения сегодня может любой грамотный инженер, который владеет навыка- ми сборки отдельных комплектующих вычислительных си- стем. Что касается цены, то, безусловно, жидкостное охлаж- дение стоит несколько дороже воздушного. Но учитывая, что водяное охлаждение применяется главным образом в дорого- стоящих и высокопроизводительных системах, стоимость та- кого охлаждения нивелируется на фоне стоимости вычисли- тельных компонентов больших систем. Ко всему прочему, при правильной сборке и обслуживании система жидкостного охлаждения способна прослужить очень долгое время. О ПИСАНИЕ ПРОБЛЕМАТИКИ При реализации некоторых проектов по созданию вычис- лительных кластеров мы также сталкивались с проблемами эффективного охлаждения высоконагруженных вычисли- тельных систем. В частности, некоторые наши стойки пока- зывали энергопотребление в 50 кВт. При таких энергозатратах эффективность охлаждения выходит на одно из первых мест в вопросах, которые требуется решать, как при проектирова- нии, так и при последующей эксплуатации. В целях оптими- зации эксплуатации подобных комплексов было решено оснастить вычислительные элементы такого шкафа жидкост- ным охлаждением. В качестве теплоносителя будет использо- вана дистиллированная вода с антибактериальными присад- ками. По нашим ожиданиям, это должно привести к более длительной, эффективной и стабильной работе всего вычис- лительного кластера. Для проверки теории на практике и бы- ла проведена описанная в статье работа. Первый этап разработки – математическая модель Для реализации задуманного был разработан план, который включал следующие пункты: ● Создание 3D-модели платы опытного образца. ● Конечно-элементный анализ тепловых характеристик 3D-модели. ● Выработка оптимальной конфигурации жидкостного ра- диатора (теплообменника) для модели. ● Производство опытных образцов теплообменника. ● Стендовые испытания и сравнение с теоретическими теп- ловыми данными. ● Выводы и рекомендации. Предметом анализа являлась вычислительная плата (рис. 1), полученная путём сканирования действующего образца. В рам- ках работы требовалось создать и проанализировать теорети- В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Жидкостное охлаждение для высокопроизводительных серверов Алексей Жирков