Выставка SC (Supercomputing Conference) посвящена высоким технологиям. Если точнее, то на этой выставке демонстрируются суперкомпьютеры и сопутствующие технологии. С каждым годом на этой выставке показывается все больше систем с жидкостным охлаждением, плюс увеличивается количество компаний, которые эти технологии демонстрируют. Всего пару десятков назад жидкостное охлаждение для серверов показывали лишь такие известные технокомпании, как Cray-2 и IBM. И то, по большей части, в качестве концепта.
Сейчас же количество производителей выросло, а разнообразие технологий впечатляет: на новой SC показывались как полноконтакнтные системы, так и системы полного погружение. В общем-то, утверждение, что жидкостные системы в ряде случаев гораздо более эффективны, чем охлаждение воздухом, сомнений не вызывает. Но раньше эксплуатация жидкостных систем была проблемной. Сейчас появились новые практичные решения, которые не вызывают никаких сложностей в работе и обслуживании.
Кроме того, использование систем жидкостного охлаждения помогает экономить средства. По словам специалистов, снижение эксплуатационных расходов в случае работы с жидкостями вместо воздуха составляет вплоть до 40%.
Об эффективности этих систем можно судить и по тому, что в списке наиболее производительных компьютеров мира Top 500 представлено несколько систем, которые используют жидкостное охлаждение. Есть и схожий рейтинг, Green500, в котором показаны наиболее производительные системы, использующие те либо иные «зеленые» технологии. Здесь еще больше мощных компьютеров с жидкостными системами охлаждения, некоторые из них представлены в топ-10.
Достоинством жидкостного охлаждения является и возможность более плотного размещения оборудования. Тепло отводится более эффективно, чем в случае воздушных систем, так что расстояние между оборудованием может быть значительно меньшим, чем обычно. Отдельные элементы серверов могут работать в более активном режиме, чем обычно, поскольку, снова-таки, тепло отводится быстро и без проблем. А еще — меньше шума, чем в случае работы с системами, где есть активное охлаждение с вентиляторами. Поэтому можно избежать зависимости «больше серверов — больше шума». Жидкостные системы охлаждения тоже генерируют звук, но не такой сильный, как их воздушные «родственники».
Достоинств здесь много, но о них, по большей части, известно все. Давайте лучше посмотрим, какие компании представили новые технологии на выставке.
Компания Aquila продемонстрировала анонсированную ранее серверную систему Aquarius с водяным охлаждением. Эта система предназначена для размещения в стойках, изготовленных по стандарту Open Compute Project (OCP). Партнером этой компании стала Clustered Systems, которая предложила собственную технологию охлажденных пластин.
Специалисты Asetek показали собственный вариант прямоконтактных систем жидкостного охлаждения. Здесь используется теплая, а не холодная, вода. Партнеров у проекта довольно много. Из числа прочих можно назвать Cray, Fujitsu, Format, Penguin, HPE, NVIDIA и Intel. Решение компании уже используются — например, машина QPACE3 (разработана специалистами Университета Регенсбурга), которая находится на 5-м месте рейтинга суперкомпьютеров Green500 работает как раз с жидкостной системой охлаждения.

Вендор CoolIT Systems продемонстрировал еще несколько решений прямоконтактных систем. С ними работают Hewlett Packard Enterprise Apollo 2000 System, Dell PowerEdge C6320, NEC Blue Marlin, а также Lenovo NeXtScale. Эта компания показала и микроЦОД собственной конструкции.
Компания Ebullient показала систему двухфазного охлаждения для серверов внутри дата-центров. Здесь используется охлаждающая жидкость с низким давлением. Теплоноситель закачивается в герметичные модули, устанавливаемые на процессоры в серверах. Жидкость получает тепло от процессоров и уводит его по шлангам в центральный блок для охлаждения. Работать такая система может с практически любым сервером.
Еще одна универсальная система — CarnotJet System от Green Revolution Cooling. Она, как и предыдущий вариант, совместима практически со всеми стоечными серверами любого из производителей. Такие системы можно устанавливать в специализированных стойках, которые заполнены специальным минеральным маслом.
LiquidCool Solutions (о ней когда-то уже писали на Хабре) представила обновленные решения для полного погружения электроники в диэлектрическую жидкость. Эту жидкость компания разработала самостоятельно. Кроме того, производитель показал два новых сервера на основе платформы Clamshell. Первый сервер — Submerged Cloud Server (4-хузеловой сервер высотой 2U для облачных платформ ) и Submerged GPU Server (2-хузловой GPU-сервер высотой 2U. Последняя модель может быть оснащена сразу четырьмя GPU-картами или четырьмя ускорителями Xeon Phi.

HPE Apollo
Специалисты LiquidMips показали оригинальный вариант системы охлаждения сервера с одним процессорным чипом с погружением в хладагент 3M Fluorinert. К сожалению, это лишь концепт, который еще не реализован на практике.
Не обошлось и без китайских производителей. Так, компания Inspur Systems Inc., дочернее подразделение Inspur Group показала свои системы жидкостного охлаждения с двумя типами растворов. Одно из решений — охлаждение чипов путем прямого контакта с жидкостью. Китайцы утверждают, что их система позволяет значительно увеличить производительность и одновременно снизить эксплуатационные расходы.
Allied Control рассказала о своем достижении — совместном с другими компаниями создании дата-центра мощностью в 40 МВт, с использованием системы погружного охлаждения. В результате удалось добиться установки оборудования с плотностью в 252 КВт на одну стойку. В системе используется диэлектрическая жидкость 3M Novec.
Известный вендор из Китая, компания Huawei показала новый сервер HPC FusionServer X6000 с жидкостным охлаждением. Здесь используется отвод от процессора при помощи микроканалов. Охлаждающая жидкость течет через модули памяти. Температура жидкости на входе предлагается в районе 50 градусов Цельсия, что снижает показатель совокупной стоимости и одновременно обеспечивает высокую энергоэффективность.
Fujitsu показала новый тип дата-центра с «облачными» серверами, хранилищем и прочими элементами. В дата-центре используется объединенная система погружного жидкостного охлаждения, которая обычно используется для суперкомпьютеров. Но Fujitsu применила ноу-хау и добилась возможности использования такой системы для стандартных серверов.

Можно ли использовать жидкостное охлаждение для уже работающих серверов?

Как правило, нет. Использование ЖКО, как правило, устанавливается для новых систем. Конечно, при желании все возможно, но в общем случае дата-центру понадобится много времени и усилий для того, чтобы установить жидкостные системы охлаждения для уже установленного и работающего оборудования. Наверное, кое-какие системы такого типа есть, но они не слишком известны.
А модифицировать серверы все равно придется — так, в большинстве случаев нужно будет снимать кулеры, устанавливая новые охладительные элементы. Придется переоборудовать и стойки. В большинстве случаев, такого рода модификации потребуют не только много времени, но и значительных вложений.
Как бы там ни было, а рынок систем жидкостного охлаждения постепенно растет. Аналитики считают, что в 2020 году объем рынка составит около $960 млн. Выставка SC — это, можно сказать, окно в будущее, которое показывает нам, как изменится рынок систем охлаждения в ближайшее время. ЖКО могут оказаться незаменимыми для высоконагруженного оборудования, которое используется в таких сферах, как разработка ИИ, Big Data и т.п.
P.S: по просьбам Хабра пользователей мы продлили акцию «Пожизненная скидка -25%» до 22 марта 2017 включительно.

Часто для охлаждения процессора используют кулер для компьютера, которое производится путём отвода тепла от крышки изделия и дальнейшего рассеивания наружу. Нужно уделить особое внимание выбору радиатора, так как это самая важная часть изделия, а точнее теплопроводность материала. Данная характеристика обозначает способность продукта передавать тепло. Для промышленного использования часто вводят в эксплуатацию продукцию из меди и алюминия.

Классификация кулеров для компьютера

Выделяют активные и пассивные устройства. Первые состоят из радиатора, изготовленного из металла, который крепится к крышке, и вентилятора. Второй вид не комплектуются вентилятором. Существуют боксовые и изделия без боксовых трубок. Считаются стандартными моделями и изготовляются из алюминиевой пластины с рёбрами, в состав которых входит медь. Затем монтируется сам вентилятор.

Часто имеют недостаточные характеристики для воздушного охлаждения. Можно выделить такие преимущества: не требуют особых усилий при установке, отлично выполнять работу на штатных частотах. Комплектуется вентилятором среднего качества, поэтому при работе может издавать сильный шум. Снизить шумность возможно при нужной регулировки скорости вращения с применением биоса или программы для управления продукцией.

Конструкции охлаждения на тепловых трубочках функционируют благодаря отводу тепла с помощью специальной жидкости, которая находится в алюминиевых или медных трубках. Характеризуются высокой работоспособностью, но при этом имеют нестандартные крепления, тяжёлые по весу. Жидкость в середине может отсутствовать. В таком случае трубочки должны быть расположены наверх для стекания конденсата под воздействием силы тяжести, или из пористого основания – тогда циркуляция производится благодаря порам.

Различают типы с прямым контактом, когда трубочка работает с тепло распределительной крышкой, и без такого контакта, когда взаимодействие происходит с основанием. В зависимости от системы радиатора и направления воздуха, выделяют: башенную разновидность, С-тип и комбинированную модель.

В первом типе трубки загибаются наверх и проходят через пластины, расположенные параллельно основе. Второй характеризуется формой в виде буквы С. Нижняя часть припаяна к основе, а на верхней пластине установлены перпендикулярно материнской плате. Комбинированный тип кулера для компьютера вмещает возможности двух моделей. Бывают одно, двух и трёхвентиляторные системы.

Какие характеристики учитывать при выборе кулера для пк

Многие пользователи задаются вопросом – как выбрать действительно качественное и долговечное изделие. Стоит учитывать такие параметры, как вес и размеры. Новые модели характеризуются большим весом, но для обычного ПК будет достаточно продукта в 700-750 грамм. При сильной тяжести материнская плата может повредиться, поменять форму, при том такие агрегаты обычно выпускаются с непонятной системой крепления.

Габариты должны соответствовать ширине корпуса и нюансам размещения других элементов. Если радиатор будет слишком высоким, то боковая крышка не сможет закрыться и корпус будет постоянно открытым, что не удобно. Крепление бывает на обычных защёлках и винтах. Для небольших моделей подходят защёлки. Для АМД используют скобы маленького размера с петлями, установленные на крепёжную рамку, для Интел – вставляются в отдел на плате четыре специальных ножки на пружине.

Если агрегат весит более, чем пол килограмма, то в эксплуатацию вводят винтовые крепления. Такой вариант крепежа требует особых навыков для правильной установки. В случае нехватки опыта можно испортить продукт или повредить.

От размера крыльчатки зависит шумность вентилятора. Чтобы подобрать правильный элемент, нужно опираться на количество свободного места в корпусе, так как некоторые модели могут не поместиться в середину. Крепление лучше выбирать с использованием прокладок из резины или силиконовых гвоздей, что поможет устранить лишние вибрации.

Стоит учитывать совместимость с сокетом. Выбор также зависит от личных предпочтений. Некоторые модели комплектуются красивыми пластиковыми кожухами и другими элементами декора, которые привлекают внимание. При выборе кулера для компьютера следует ознакомиться с отзывами людей, которые уже использовали такую продукцию.

Занятие первое: процессорные кулеры

Со времени появления первых микропроцессоров прошло уже более 30 лет. Микроэлектронная технология успела далеко шагнуть за этот период, и если раньше компьютер был уделом только избранных, то теперь он стал неотъемлемой частью жизни каждого из нас. Но вместе с переходом компьютеров из категории роскоши в разряд, так сказать, средств передвижения, неминуемо образовалась масса серьезных проблем.

Ни для кого не секрет, что высокопроизводительные процессоры сильно нагреваются при работе, иными словами — рассеивают большую тепловую мощность. И без дополнительных средств охлаждения быстродействующее «кремниевое сердце» современного компьютера обойтись уже не может. Проблема обеспечения оптимальной рабочей температуры процессора в последние годы начинает проявлять себя в полный рост, становясь самым настоящим краеугольным камнем на пути к созданию надежной, эргономичной и высокопроизводительной компьютерной системы. Общепризнанным и наиболее распространенным средством охлаждения процессора являются на сегодня так называемые кулеры (или, говоря по научному — теплообменные аппараты принудительного воздушного охлаждения). В общем случае они являются сочетанием металлической оребренной пластины (радиатора) и воздушного насоса (вентилятора), и служат для поддержания рабочей температуры процессора в пределах допустимых нормативов, обеспечивая его правильное и надежн! ое функционирование. Что ж, давайте рассмотрим эти устройства поподробнее.

Радиаторы

По своей сути радиатор является устройством, существенно облегчающим теплообмен процессора с окружающей средой. Площадь поверхности процессорного кристалла чрезвычайно мала (на сегодня не превышает нескольких квадратных сантиметров) и недостаточна для сколько-нибудь эффективного отвода тепловой мощности, измеряемой десятками ватт. Благодаря своей оребренной поверхности, радиатор, будучи установленным на процессоре, в сотни и даже тысячи раз увеличивает площадь его теплового контакта с окружающей средой, способствуя тем самым усилению интенсивности теплообмена и кардинальному снижению рабочей температуры.

Фундаментальной технической характеристикой радиатора является термическое сопротивление относительно поверхности процессорного кристалла — величина, позволяющая оценить его эффективность в качестве охлаждающего устройства.

Термическое сопротивление выражается простым соотношением:

Rt = (Tc — Ta)/Ph, где

Rt — термическое сопротивление радиатора,
Tc — температура поверхности процессорного кристалла,
Ta — температура окружающей среды,
Ph — тепловая мощность, рассеиваемая процессором.

Измеряется термическое сопротивление соответственно в °С/Вт. Оно показывает, насколько увеличится температура процессорного кристалла относительно температуры в компьютерном корпусе при отводе определенной тепловой мощности через данный конкретный радиатор, установленный на процессоре.

Для примера возьмем платформу VIA Eden. Типичное термическое сопротивление процессорного радиатора составляет здесь 6°С/Вт, типичная тепловая мощность процессора равняется 3 Вт, а типичная температура внутри системного блока лежит в пределах 50°C. Перемножив значения термического сопротивления радиатора и тепловой мощности процессора, мы получим 18°C. Теперь мы знаем, что температура поверхности процессорного кристалла будет превышать температуру в системном блоке на 18°C и будет держаться соответственно на уровне 68°C. В принципе, такая температура вполне соответствует «медицинским» нормативам на процессоры VIA Eden ESP, и поводов для беспокойства за его здоровье у нас нет.

Теперь давайте посмотрим другой пример. Если нам вдруг вздумается использовать радиатор от VIA Eden ESP, но уже с процессором AMD Athlon XP, тепловая мощность которого составляет порядка 40–60 Вт, то результат будет плачевным: температура процессора достигнет 300°C и более, что привет к его скоропостижной кончине от «теплового удара». Совершенно очевидно, что при такой тепловой мощности нужен радиатор (или предпочтительно — уже полноценный кулер) с гораздо меньшим термическим сопротивлением, чтобы он смог удержать температуру процессора в пределах безопасных 75–90°C.

Таким образом, для термического сопротивления действует четкий принцип «чем меньше, тем намного лучше». Зная его величину, мы сможем легко оценить целесообразность применения того или иного радиатора (или процессорного кулера в целом, но об этом чуть позднее) в наших конкретных эксплуатационных условиях. И также легко сможем избежать ошибок, которые нередко приводят к катастрофическим последствиям для компьютерной системы и кошелька пользователя.

На практике термическое сопротивление (суть тепловая эффективность) радиатора во многом зависит не только от площади оребренной поверхности, но и от его конструктивных особенностей и технологии изготовления. В настоящее время на рынке представлены пять «архетипов» радиаторов, задействованных в массовом производстве. Позвольте уделить им немного вашего драгоценного внимания.

«Экструзионные» (прессованные) радиаторы. Наиболее дешевые, общепризнанные и самые распространенные на рынке, основной материал, используемый в их производстве — алюминий. Такие радиаторы изготавливаются методом экструзии (прессования), который позволяет получить достаточно сложный профиль оребренной поверхности и достичь хороших теплоотводящих свойств.

«Складчатые» радиаторы. Отличаются довольно интересным технологическим исполнением: на базовой пластине радиатора пайкой (или с помощью адгезионных теплопроводящих паст) закрепляется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку, складки которой играют роль своеобразной оребренной поверхности. Основные материалы — алюминий и медь. По сравнению с экструзионными радиаторами, данная технология позволяет получать изделия более компактных размеров, но с такой же тепловой эффективностью (или даже лучшей).

«Кованые» (холоднодеформированные) радиаторы. Для их изготовления используется технология холодного прессования, которая позволяет «ваять» поверхность радиатора не только в форме стандартных прямоугольных ребер, но и в виде стрежней произвольного сечения. Основной материал — алюминий, но зачастую в основание (подошву) радиатора дополнительно интегрируют медные пластины (для улучшения его теплоотводящих свойств). Технология холодного прессования характеризуется относительно малой производительностью, поэтому «кованые» радиаторы, как правило, дороже «экструзионных» и «складчатых», но далеко не всегда лучше в плане тепловой эффективности.

«Составные» радиаторы. Во многом повторяют методику «складчатых» радиаторов, но обладают вместе с тем весьма существенным отличием: здесь оребренная поверхность формируется уже не лентой-гармошкой, а раздельными тонкими пластинами, закрепленными на подошве радиатора пайкой или стыковой сваркой. Основной используемый материал — медь. Как правило, «составные» радиаторы характеризуются более высокой тепловой эффективностью, чем «экструзионные» и «складчатые», но это наблюдается только при условии жесткого контроля качества производственных процессов.

«Точеные» радиаторы. На сегодня это самые продвинутые и наиболее дорогие изделия. Они производятся прецизионной механической обработкой монолитных заготовок (обрабатываются на специализированных высокоточных станках с ЧПУ) и отличаются наилучшей тепловой эффективностью. Основные материалы — алюминий и медь. «Точеным» радиаторам вполне по силам вытеснить с рынка все остальные «архетипы», если себестоимость такой технологии будет снижена до приемлемых значений.

Итак, радиаторы мы рассмотрели, обратимся теперь к вентиляторам.

Вентиляторы

Как уже было отмечено, современные процессоры испытывают нужду в охлаждающих устройствах с как можно более низким термическим сопротивлением. На сегодня даже самые продвинутые радиаторы не справляются с этой задачей: в условиях естественной конвекции воздуха, т.е. когда скорость движения воздушных масс мала (типичный пример — марево над асфальтом дорожного полотна в жаркий летний день), «штатной» тепловой эффективности радиаторов оказывается недостаточно для поддержания приемлемой рабочей температуры процессора. Кардинально уменьшить термическое сопротивление радиатора можно только одним способом — хорошенько его вентилировать (говоря по-научному, создать условия вынужденной конвекции теплоносителя, то бишь воздуха). Как раз для этих целей практически каждый процессорный радиатор и оборудуется вентилятором, который добросовестно продувает его внутреннее межреберное пространство.

На сегодня в процессорных кулерах находят применение в основном осевые (аксиальные) вентиляторы, формирующие воздушный поток в направлении, параллельном оси вращения пропеллера (крыльчатки).

«Ходовая» часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения (sleeve bearing, наиболее дешевая и недолговечная конструкция), на комбинированном подшипнике — один подшипник скольжения плюс один подшипник качения (one sleeve -one ball bearing, наиболее распространенная конструкция), и на двух подшипниках качения (two ball bearings, самая дорогая, но в то же время очень надежная и долговечная конструкция). Ну, а электрическая часть вентилятора повсеместно представляет собой миниатюрный электродвигатель постоянного тока.

Как же оценить, насколько хорош (или плох) тот или иной вентилятор? Каковы его технические характеристики и эксплуатационные параметры? Давайте посмотрим!

Во-первых, фундаментальной характеристикой любого вентилятора является его производительность (технический термин — «расход») — величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается она в кубических футах в минуту (cubic feet per minute, CFM). Чем больше производительность вентилятора, тем он более эффективно продувает радиатор, уменьшая термическое сопротивление последнего. Типичные значения расхода — от 10 до 80 CFM.

Во-вторых, очень важной характеристикой вентилятора является скорость вращения крыльчатки (в отечественной практике выражается в об/мин, американская единица измерения — rotations per minute, RPM). Чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше становится производительность вентилятора. Типичные значения скорости — от 1500 до 7000 об/мин.

Ну и, в-третьих, еще одна важная характеристика вентилятора — это его типоразмер. Как правило, чем больше габариты вентилятора, тем выше его производительность. Наиболее распространенные типоразмеры — 60х60х15 мм, 60х60х20 мм, 60х60х25 мм, 70х70х15 мм, 80х80х25 мм.

Что же касается эксплуатационных параметров, то наиболее существенными из них являются уровень шума и срок службы вентилятора.

Уровень шума вентилятора выражается в децибелах и показывает, насколько громким он будет в субъективном восприятии. Значения уровня шума вентиляторов лежат в диапазоне от 20 до 50 дБА. Человеком воспринимаются в качестве тихих только те вентиляторы, уровень шума которых не превышает 30-35 дБА.

Наконец, срок службы вентилятора выражается в тысячах часов и является объективным показателем его надежности и долговечности. На практике срок службы вентиляторов на подшипниках скольжения не превышает 10-15 тыс. часов, а на подшипниках качения — 40-50 тыс. часов.

Итак, на сегодня, пожалуй, все. В следующий раз мы вновь обратимся к вентиляторам, произведем их вскрытие и более подробно рассмотрим некоторые технические тонкости. Спасибо за внимание и до встречи!