विशाल डेटा थ्रूपुट और कंप्यूटेशन डेटा सेंटर के लिए अभूतपूर्व ऊर्जा और शीतलन चुनौतियां पेश करते हैं, जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता और बड़े डेटा जैसी उभरती हुई तकनीकें हैं। एक ओर, सर्वर जैसे आईटी उपकरणों की कंप्यूटिंग और स्टोरेज बिजली की खपत बहुत अधिक है, और दूसरी ओर, डेटा सेंटर में आईटी उपकरणों को ठंडा करने के लिए उपयोग की जाने वाली बिजली की खपत भी तेजी से बढ़ रही है।
सीसीआईडी कंसल्टिंग के आंकड़ों के अनुसार, 2019 में, चीन के डेटा सेंटर की ऊर्जा खपत का लगभग 43% आईटी उपकरणों की कूलिंग के लिए इस्तेमाल किया गया था, जो मूल रूप से आईटी उपकरणों की 45% ऊर्जा खपत के बराबर है। डेटा सेंटर की परिचालन लागत को नियंत्रित करने, ऊर्जा की खपत को कम करने और इस प्रकार पर्यावरण के अनुकूल डेटा सेंटर बनाने के लिए गर्मी अपव्यय की बिजली खपत को कम करना अनिवार्य है।
व्यक्तिगत कैबिनेटों की शक्ति घनत्व में वृद्धि के साथ, पारंपरिक वायु शीतलन अब गर्मी अपव्यय की जरूरतों को पूरा नहीं कर सकता है, और तरल शीतलन प्रौद्योगिकी उभरी है
तरल शीतलन ऊष्मा अपव्यय क्या है?
तरल शीतलन से तात्पर्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को गर्म करने तथा ऊष्मा को हटाने के लिए शीतलक के रूप में वायु के स्थान पर तरल पदार्थ का उपयोग करने की तकनीक से है।
द्रव शीतलन ऊष्मा अपव्यय को किस प्रकार वर्गीकृत किया जाता है?
आम तौर पर, उद्योग तरल शीतलन को प्रत्यक्ष शीतलन और अप्रत्यक्ष शीतलन में विभाजित करता है। वर्तमान में, प्रत्यक्ष शीतलन मुख्य रूप से विसर्जन तरल शीतलन तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जिसे दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: चरण परिवर्तन और गैर चरण परिवर्तन। अप्रत्यक्ष शीतलन मुख्य रूप से कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
विसर्जन तरल शीतलन
हीटिंग तत्व को सीधे शीतलक में डुबोएं और सर्वर जैसे उपकरणों के संचालन से उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए तरल के संचलन पर भरोसा करें। विसर्जन तरल शीतलन एक विशिष्ट प्रत्यक्ष संपर्क तरल शीतलन है। हीटिंग तत्व और शीतलक के बीच सीधे संपर्क के कारण, गर्मी अपव्यय दक्षता अधिक होती है और शोर कम होता है।
संपूर्ण विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: इनडोर साइड परिसंचरण और आउटडोर साइड परिसंचरण।
इनडोर साइड सर्कुलेशन प्रक्रिया के दौरान, शीतलक बंद कक्ष में हीटिंग डिवाइस के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, हीटिंग डिवाइस से गर्मी को अवशोषित करता है, गर्म होता है, और उबलकर शीतलक गैस बनाता है। शीतलक गैस कमरे के बाहर लिक्विड कूल्ड हीट एक्सचेंज मॉड्यूल (सीडीएम) में कम तापमान वाले पानी के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करती है, कम तापमान वाले शीतलक बनने के लिए संघनन और शीतलन की दो प्रक्रियाओं से गुजरती है, जिसे फिर से एक चक्र बनाने के लिए बंद कक्ष में प्रवेश किया जाता है। चरण परिवर्तन डूबे हुए तरल शीतलन कक्ष के आंतरिक परिसंचरण में गर्मी हस्तांतरण मुख्य रूप से शीतलक के चरण परिवर्तन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
बाहरी परिसंचरण में, कम तापमान वाला पानी तरल शीतलन ताप विनिमय मॉड्यूल में गैसीय शीतलक द्वारा ले जाने वाली बड़ी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करता है और उच्च तापमान वाला पानी बन जाता है, जिसे परिसंचारी जल पंप द्वारा बाहरी शीतलन टॉवर में इनपुट किया जाता है। कूलिंग टॉवर में, उच्च तापमान वाला पानी वायुमंडल के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, गर्मी छोड़ता है, और कम तापमान वाला पानी बन जाता है, जिसे फिर बाहरी तरफ के इनलेट वॉटर पंप द्वारा गैसीय शीतलक के साथ गर्मी विनिमय के लिए सीडीएम में ले जाया जाता है, जिससे बाहरी परिसंचरण पूरा हो जाता है। एक्स्ट्रावेंट्रिकुलर सर्कुलेशन में हीट ट्रांसफर मुख्य रूप से पानी के तापमान में वृद्धि और गिरावट के माध्यम से प्राप्त होता है।
विसर्जन तरल शीतलन को दो-चरण तरल शीतलन और एकल-चरण तरल शीतलन में विभाजित किया जा सकता है, और गर्मी अपव्यय विधियों में शुष्क कूलर और शीतलन टावरों का उपयोग किया जा सकता है।
दो-चरण तरल शीतलन
परिसंचारी गर्मी अपव्यय के दौरान शीतलक चरण संक्रमण से गुजरता है। दो-चरण तरल शीतलन की गर्मी हस्तांतरण दक्षता अधिक है, लेकिन नियंत्रण अपेक्षाकृत जटिल है। चरण परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान, दबाव बदल जाएगा, कंटेनर के लिए उच्च आवश्यकताओं की आवश्यकता होगी, और शीतलक उपयोग के दौरान संदूषण के लिए प्रवण है।
एकल चरण तरल शीतलन
शीतलक हमेशा परिसंचरण गर्मी अपव्यय प्रक्रिया के दौरान एक तरल अवस्था बनाए रखता है और चरण परिवर्तन से नहीं गुजरता है। इसलिए, यह आवश्यक है कि शीतलक का क्वथनांक उच्च हो। इससे शीतलक के वाष्पीकरण और नुकसान को नियंत्रित करना अपेक्षाकृत आसान हो जाता है, और आईटी उपकरण घटकों के साथ इसकी अच्छी संगतता होती है। हालांकि, दो-चरण तरल शीतलन की तुलना में, इसकी दक्षता कम है। व्यावहारिक अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार, गर्मी अपव्यय के लिए शुष्क कूलर या कूलिंग टावरों का उपयोग किया जा सकता है।
शीत प्लेट तरल शीतलन
सर्वर के मुख्य हीटिंग डिवाइस पर लिक्विड कूल्ड कूलिंग प्लेट को ठीक करें, और कूलिंग प्लेट के माध्यम से बहने वाले लिक्विड का उपयोग करके गर्मी को दूर ले जाएं ताकि गर्मी अपव्यय का उद्देश्य प्राप्त हो सके। लिक्विड कूल्ड कूलिंग प्लेट सर्वर में उच्च ताप उत्पादन वाले घटकों के ताप अपव्यय को हल करती है, जबकि अन्य हीट सिंक घटक भी एयर कूलिंग पर निर्भर करते हैं। इसलिए कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग का उपयोग करने वाले सर्वर को गैस-लिक्विड डुअल चैनल सर्वर के रूप में भी जाना जाता है। कोल्ड प्लेट में मौजूद लिक्विड कूल्ड डिवाइस के संपर्क में नहीं आता है, और उच्च सुरक्षा के लिए बीच में हीट ट्रांसफर प्लेट का उपयोग किया जाता है।
स्प्रे तरल शीतलन
चेसिस के शीर्ष पर, तरल संग्रहीत किया जाता है और छेद खोले जाते हैं। हीटिंग तत्व की स्थिति और गर्मी उत्पादन के आधार पर, उपकरण को ठंडा करने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए शीतलन तरल को हीटिंग तत्व पर छिड़का जाता है। छिड़का हुआ तरल ठंडा डिवाइस के सीधे संपर्क में आता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च शीतलन दक्षता होती है;
हालांकि, छिड़काव प्रक्रिया के दौरान, उच्च तापमान वाली वस्तुओं का सामना करने पर तरल पदार्थ बहाव और वाष्पीकरण का अनुभव करेगा। चेसिस के छेदों में अंतराल के साथ धुंध की बूंदें और गैसें चेसिस के बाहर तक उत्सर्जित होंगी, जिससे कंप्यूटर कक्ष के वातावरण की स्वच्छता में कमी आएगी या अन्य उपकरण प्रभावित होंगे।
सामान्य शीतलक क्या हैं?
पानी
लिक्विड कूलिंग सबसे सीधा और किफ़ायती तरीका है। पानी एक इन्सुलेटर नहीं है और इसका इस्तेमाल केवल अप्रत्यक्ष संपर्क लिक्विड कूलिंग के लिए किया जा सकता है। एक बार रिसाव होने पर, सर्वर जैसे आईटी उपकरणों को होने वाला नुकसान बेहद घातक होगा।
खनिज तेल
खनिज तेल भी एक लागत प्रभावी शीतलक है। एकल चरण खनिज तेल गैर विषैले, गंधहीन और आसानी से अस्थिर नहीं है। उच्च चिपचिपाहट, उपकरण की सतह पर अवशेष बनाने में आसान। हालांकि प्रज्वलन बिंदु उच्च है, फिर भी कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में दहन की संभावना है।
इलेक्ट्रॉनिक फ्लोरीनेशन समाधान
सबसे बड़ी खासियत इन्सुलेशन और गैर दहनशील है। लिक्विड कूलिंग तकनीक डेटा सेंटर में सबसे सुरक्षित विकल्प है। वर्तमान में, यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लेकिन इसकी कीमत अधिक है।
तापीय चालकता द्रव
थर्मल कंडक्टिव द्रव एक गैर विषैला, इन्सुलेटिंग, उच्च क्वथनांक और गैर संक्षारक विशेष तरल है जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों को तरल में भिगोकर हवा से अलग करता है। यह न केवल ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं से बचाता है, बल्कि स्वच्छता और धूल-मुक्त प्रदर्शन भी प्राप्त करता है, जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों के सेवा जीवन को बहुत बढ़ाता है।
पारंपरिक वायु शीतलन की तुलना में, तरल शीतलन के लाभ इस प्रकार हैं:
उच्चतर ताप अपव्यय दक्षता:लिक्विड कूलिंग तकनीक अधिक प्रभावी ढंग से उपकरणों के तापमान को कम कर सकती है, इसके प्रदर्शन और जीवनकाल में सुधार कर सकती है। तरल में हवा की तुलना में बेहतर तापीय चालकता होती है, इसलिए लिक्विड कूलिंग उपकरणों द्वारा उत्पन्न गर्मी को जल्दी से हटा सकती है।
कम शोर:पंखों द्वारा उत्पन्न शोर की तुलना में, तरल शीतलन कम शोर उत्पन्न करता है, जिससे कार्य करने का वातावरण शांत रहता है।
अधिक लचीला डिजाइन:तरल शीतलन प्रौद्योगिकी को अधिक लचीले ढंग से डिजाइन किया जा सकता है, जिससे रेडिएटर्स और तरल पाइपलाइनों को विभिन्न स्थितियों में स्थापित किया जा सकता है, जिससे उपकरण की डिजाइन आवश्यकताओं के लिए बेहतर अनुकूलन हो सकता है।
अधिक पर्यावरण अनुकूल:लिक्विड कूलिंग से ऊर्जा की बचत होती है और पर्यावरण पर इसका प्रभाव कम होता है। पंखों से उत्पन्न गर्मी की तुलना में, तरल पदार्थों को अधिक आसानी से रिसाइकिल किया जा सकता है।
लिक्विड कूलिंग तकनीक का नुकसान इसकी उच्च लागत है, जिसके लिए उच्च रखरखाव लागत और अधिक जटिल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। हालाँकि, जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार होता जा रहा है, गर्मी अपव्यय के मुद्दे तेजी से प्रमुख होते जा रहे हैं, और लिक्विड कूलिंग तकनीक भविष्य में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ठंडा करने के मुख्य तरीकों में से एक बन जाएगी।
द्रव शीतलन प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग:
तरल शीतलन प्रौद्योगिकी को विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर लागू किया जा सकता है जिनमें ऊष्मा अपव्यय की आवश्यकता होती है, जैसे:
उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग: उच्च प्रदर्शन वाले कंप्यूटरों को बड़ी मात्रा में डेटा और जटिल कंप्यूटिंग कार्यों को संसाधित करने की आवश्यकता होती है, जिससे काफी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। लिक्विड कूलिंग तकनीक कंप्यूटर के तापमान को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, उनके प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार कर सकती है।
डेटा सेंटर: डेटा सेंटर को बड़ी मात्रा में डेटा और नेटवर्क ट्रैफ़िक को संभालने की ज़रूरत होती है, और यह काफ़ी मात्रा में गर्मी पैदा करता है। लिक्विड कूलिंग तकनीक सर्वर के तापमान को ज़्यादा प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, उनके प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार कर सकती है।
आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस: आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस के लिए बड़ी मात्रा में डेटा और जटिल कंप्यूटिंग कार्यों को संसाधित करने की आवश्यकता होती है, और यह काफी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है। लिक्विड कूलिंग तकनीक आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस उपकरणों के तापमान को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, उनके प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार कर सकती है।
गेम कंप्यूटर: गेम कंप्यूटर को बड़ी संख्या में ग्राफिक्स और कंप्यूटिंग कार्यों को संभालने की आवश्यकता होती है, और बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न होती है। लिक्विड कूलिंग तकनीक गेमिंग कंप्यूटर के तापमान को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, उनके प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार कर सकती है।
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