Как выбрать жидкость для иммерсионного охлаждения под конкретное оборудование

Иммерсионное охлаждение позволяет эффективно отводить тепло от серверов, вычислительных систем, ASIC-майнеров и другой электроники за счёт непосредственного контакта оборудования с диэлектрической жидкостью.

Но эффективность такой системы напрямую зависит от правильного выбора теплоносителя. Универсальной жидкости, одинаково подходящей для любого оборудования и любой схемы охлаждения, не существует.

При подборе необходимо учитывать тип системы, тепловую нагрузку, материалы электронных компонентов, температурный режим, особенности обслуживания и параметры самой жидкости.

Однофазная и двухфазная системы

Первое, с чего начинается подбор, — определение типа иммерсионного охлаждения.

При однофазной системе оборудование погружается в диэлектрическую жидкость, которая нагревается, но не кипит. Тепло отводится через циркуляционный контур и теплообменник.

Такой подход применяется для:

• серверного оборудования;
• ASIC-майнеров;
• GPU-систем;
• силовой электроники;
• высокоплотных вычислительных систем.

В двухфазных системах используется жидкость с более низкой температурой кипения. На поверхности нагретых компонентов она испаряется, затем пар конденсируется на теплообменнике и возвращается обратно в ванну.

Поэтому жидкости для однофазного и двухфазного охлаждения принципиально отличаются по своим характеристикам.

Диэлектрические свойства

Ключевое требование — низкая электропроводность.

Работающее оборудование находится непосредственно в жидкости, поэтому она не должна создавать токопроводящую среду между контактами и элементами печатных плат.

При выборе важно учитывать не только характеристики новой жидкости, но и стабильность этих показателей в процессе эксплуатации.

Со временем в систему могут попадать:

• пыль;
• металлические частицы;
• остатки флюса;
• влага;
• продукты старения материалов;
• технологические загрязнения.

Поэтому для длительной эксплуатации желательно предусматривать контроль состояния жидкости и её фильтрацию.

Тепловая нагрузка оборудования

Следующий важный параметр — количество тепла, которое необходимо отвести.

При подборе учитываются:

• тепловая мощность одного устройства;
• количество устройств в ванне;
• плотность их размещения;
• максимальная температура электронных компонентов;
• допустимая температура жидкости;
• температура окружающей среды;
• производительность теплообменника.

Для серверов и ASIC-оборудования с высокой плотностью тепловыделения особенно важно, чтобы жидкость обеспечивала эффективный перенос тепла даже при продолжительной работе под полной нагрузкой.

Вязкость, теплопроводность и теплоёмкость

Низкая вязкость упрощает циркуляцию жидкости между электронными компонентами и снижает нагрузку на насосное оборудование.

Однако этот показатель нельзя рассматривать отдельно.

При выборе также оценивают:

• теплопроводность;
• удельную теплоёмкость;
• плотность;
• температурную зависимость вязкости;
• рабочий температурный диапазон.

Оптимальный состав определяется по совокупности характеристик, а не по одному параметру.

Совместимость с материалами оборудования

Одна из самых важных задач при переходе на иммерсионное охлаждение — проверка химической совместимости.

Современный сервер или ASIC состоит из большого количества различных материалов:

• пластика;
• резины;
• кабельной изоляции;
• термопрокладок;
• термопаст;
• клеевых соединений;
• лаковых покрытий;
• разъёмов;
• уплотнений.

Некоторые жидкости способны со временем влиять на отдельные виды полимеров и эластомеров.

Возможны:

• набухание;
• размягчение;
• изменение размеров;
• снижение эластичности;
• разрушение клеевых соединений.

Поэтому перед вводом системы в эксплуатацию рекомендуется проверить таблицы совместимости производителя жидкости и учитывать материалы конкретного оборудования.

Вентиляторы и штатная система охлаждения

При погружении оборудования в диэлектрическую жидкость воздушное охлаждение обычно становится ненужным.

Во многих проектах вентиляторы демонтируют, что позволяет:

• снизить энергопотребление;
• уменьшить шум;
• сократить количество пыли;
• убрать один из наиболее подверженных износу компонентов.

Однако делать это автоматически нельзя.

Некоторые серверы и ASIC-устройства контролируют наличие и скорость вращения вентиляторов через BIOS, BMC или собственную систему управления.

При их отключении оборудование может:

• выдавать ошибку;
• снижать производительность;
• переходить в аварийный режим;
• отказываться запускаться.

Поэтому совместимость конкретной модели оборудования с иммерсионным режимом необходимо проверять заранее.

Термопасты и термопрокладки

Отдельного внимания требуют материалы теплового интерфейса.

Термопаста, термопрокладки и клеевые составы постоянно контактируют с жидкостью и могут изменять свои свойства.

Поэтому при подготовке оборудования необходимо проверить:

• стойкость термопасты;
• совместимость термопрокладок;
• стабильность клеевых материалов;
• устойчивость компаундов и покрытий.

В ряде случаев штатные материалы рекомендуется заменить на совместимые с выбранной жидкостью.

Особенности серверного и майнингового оборудования

Требования к жидкости зависят от задачи.

Для ASIC-майнинга обычно особенно важны:

• высокая эффективность отвода тепла;
• возможность работы при большой плотности мощности;
• простота обслуживания;
• стоимость заполнения большого объёма ванны.

Для серверного оборудования дополнительно важны:

• стабильность характеристик при длительной эксплуатации;
• совместимость с большим количеством материалов;
• удобство сервисного обслуживания;
• возможность безопасного извлечения серверов;
• требования производителя оборудования.

Поэтому состав, который хорошо подходит для майнинговой фермы, не всегда является оптимальным решением для дата-центра.

Температура кипения в двухфазных системах

Для двухфазного иммерсионного охлаждения температура кипения — один из основных параметров.

Во время работы жидкость закипает непосредственно на поверхности нагретых компонентов.

При фазовом переходе она поглощает значительное количество тепла.

Пар поднимается вверх, конденсируется на теплообменнике и возвращается обратно.

Таким образом тепло передаётся по циклу:

жидкость → пар → жидкость.

Температура кипения должна соответствовать рабочим температурам электронных компонентов и параметрам всей системы.

Если она выбрана неправильно, установка не сможет работать в расчётном режиме.

Жидкости семейства Novec

В ассортименте компании «Торговая Федерация» представлены диэлектрические жидкости семейства Novec, включая марки 7000, 7100, 7200 и 7300.

Эти продукты отличаются:

• температурой кипения;
• плотностью;
• теплофизическими характеристиками;
• областью применения;
• требованиями к конструкции системы.

Поэтому выбирать жидкость только по названию линейки нельзя.

Конкретная марка подбирается под тепловой режим и архитектуру установки.

Обслуживание и эксплуатация

При выборе теплоносителя необходимо учитывать не только работу системы, но и последующий сервис.

Важно заранее понимать:

• насколько легко жидкость стекает с оборудования;
• требуется ли очистка после извлечения;
• можно ли использовать её повторно;
• как организовать фильтрацию;
• как контролировать загрязнение;
• как хранить резервный объём;
• как компенсировать возможные потери.

Особенно это важно для низкокипящих жидкостей, где герметичность ванны напрямую влияет на эксплуатационные расходы.

Что учитывать при подборе жидкости

Практически процесс выбора можно свести к следующей последовательности:

1. Определить тип оборудования.
2. Рассчитать суммарную тепловую нагрузку.
3. Выбрать однофазную или двухфазную схему.
4. Определить рабочий температурный диапазон.
5. Проверить диэлектрические свойства.
6. Проверить совместимость с материалами оборудования.
7. Оценить вязкость, теплоёмкость и теплопроводность.
8. Подобрать насосы, теплообменник и схему циркуляции.
9. Учесть требования к обслуживанию.
10. Рассчитать стоимость не только первой заливки, но и дальнейшей эксплуатации.

Итог

При выборе жидкости для иммерсионного охлаждения недостаточно ориентироваться только на цену или температуру кипения.

Надёжная система должна учитывать одновременно несколько факторов:

• тип электроники;
• тепловую нагрузку;
• материалы компонентов;
• рабочую температуру;
• схему циркуляции;
• особенности технического обслуживания.

Оптимальная жидкость — это не самая дорогая и не самая дешёвая.

Это состав, который подходит именно под конкретное оборудование и условия его эксплуатации.

Компания «Торговая Федерация» поставляет диэлектрические жидкости для иммерсионного охлаждения серверного, вычислительного и другого электронного оборудования.

При подборе решения специалисты учитывают параметры техники, тепловую нагрузку и архитектуру системы охлаждения.