單相浸沒式液冷(Single-Phase Immersion Cooling with Submer)

技嘉科技與Submer合作提供單相浸沒式液冷解決方案,讓客戶能夠降低資料中心能耗和最佳化電力使用效率,從基礎建設開始就降低營運成本並提供對環境更友善的數位轉型設施。
單相浸沒式液冷簡介
浸沒式冷卻是一項被驗證的技術並常見於很多行業應用,例如高功率變壓器和電動車電池,這些經驗告訴我們,浸沒式冷卻是對高密度發熱零件進行散熱並提供電源保護的最有效方法之一。自1960年代,就有應用浸沒式冷卻來進行電腦硬體散熱的案例,一些超級電腦被完全浸泡在不導電流體中進行熱傳導與交換。浸沒式液冷沒有成為主流散熱技術的原因主要是在當時背景,電腦硬體的耗電與發熱還不需要採取如此複雜的設計來解決。

低密度容量電晶體的晶片能透過空氣冷卻,但如同摩爾定律所預估的,每一代晶片所容納的電晶體數目持續倍數增長;同時由於一些產品應用方式與服務的興起,如今的資訊產品與通訊產業與過去20-30年相比非常不同。總總趨勢的結合帶給資料中心產業和萬物聯網的世界非常不同以往的挑戰。因此,技嘉和Submer彼此分享跨產業的產品知識互相合作,以共同迎接挑戰並提供客戶具有價值與效益的產品。

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應用領域
5G與邊緣計算
5G的高頻電磁波特性與應用架構需求將使電信公司在基站佈建投入更多資金以減少數據傳輸延遲並提高服務品質。邊緣基站或資料中心若位於城市地區,其佈署空間將相對有限。單相浸沒式液冷方案能在有限空間實現更高密度的處理能力,浸沒式液冷的穩定性與Redfish標準化也使其成為邊緣運算部署的理想架構。
人工智慧與機器學習
AI應用程序的訓練過程需要大量並行運算處理,主要透過高密度的GPU叢集部署來提供。大量高功率GPU的聚合會產生大量的熱,需要以高速運轉的風扇運作以及機房空調冷卻,進而導致高額電費。單相浸沒式液冷相對氣冷能提供更好的成本效益並對環境友善。
區塊鏈與加密貨幣
區塊鍊和加密貨幣依靠對點對點網絡中每個端點的驗證,添加時間戳來維護分類帳的安全、完整性與餘額紀錄。隨著越來越多的電腦連接到該網絡,不但驗證變多,通證防偽計算也變得更加頻繁,導致計算機產生更高的熱。單相浸沒式液冷相對氣冷能提供更好的成本效益並對環境友善。
高頻交易
高頻交易需要能夠提供超低延遲的高性能計算機來爭取即時性。幾毫秒的交易時間差可能就是幾百萬美元的盈虧,也因此高頻、加壓的計算機使用方式也導致電腦產生更多的熱。單相浸沒式液冷可以為這樣極端的使用方式提供更高的耐受性。
單相浸沒式液冷的優點
suitable to Performance, Efficiency
更好的效率和節能
與空氣冷卻相比,資料中心在冷卻的營運費用將減少高達95% - 包含伺服器功耗和機房空調成本。
suitable to Flexibility, Scalability, production capacity
更高的運算密度
運算節點無需散熱鰭片和冷卻風扇提供更緊密的運算設備安裝,相較空氣冷卻的機櫃體積,在相同的空間條件下,單向浸沒式液冷能將運算密度提高10倍。
suitable to User Friendly, Ease of Use& Lower maintenance requirement
良好的可靠度
單相浸沒式液冷能有效的抑制環境溫度變化,運算節點的零組件不受溫差導致材料老化的可能;而無需冷卻風扇同時也消除了振動所引起的故障疑慮。
suitable to Reduce Expenses, Money Saving, Reduces Cost
較低的維護需求
單相浸沒式液冷無需維護不必要的零件或構建氣冷所需的空調機房環境,大大減少設備損壞的機會,對於佈署在偏遠地區的基站尤其有用。
suitable to Reliability, Consistency
佈署靈活性
無需空調即可部署,維護要求低。透過模組化的產品設計,不但能很快評估所需佈署的單元數量與成本,也能在空間有限的條件下進行增減評估。
單相浸沒式液冷運作方式
伺服器及其他IT設備浸沒至導熱的介電液體槽中,流體以碳氫化合物合成具有高沸點,低黏度的特性不會改變其形態,無論是沸騰還是凍結,始終保持為液態。液體槽內安裝冷卻劑分配控制器 (Coolant Distribute Unit)推動液體槽內的流體尋換,可因應需求再進一步將導熱液抽送到水箱外的熱交換器,將熱量傳遞到第二級冷卻迴路,例如建築物冷水。
Submer的系統設計與Submer獨有的 SmartCoolant冷卻劑具有可持續性、環保和成本效益,當用戶決定將他們的設備投入浸沒式液冷方案時,GIGABYTE和Submer的解決方案將是消費者的最佳選擇。
物理及化學特性 SmartCoolant
液體類型 合成物
液體燃點 233°C
液體傾點 -50°C
液體40°C時的運動黏度 5.1mm²/s (cSt)
液體酸度 ≦0.01mg KOH/g
液體腐蝕性
液體40°C時導熱係數 0.14W/m.K
液體40°C時比熱容 2.26kJ/Kg.K
90°C時散逸因數 ≦0.005
電阻率 10 GΩm
28天生物降解 易於生物降解
NSF食物等級認證 HT1
全球暖化潛勢

浸沒式液冷系統方案供應商 - Submer
Submer成立於2015年,最初的想法是引進各種新技術來改善傳統資料中心的建置方法與架構。今天,Submer為資料中心、雲計算和邊緣計算所設計的先進解決方案讓客戶的基礎設施得以面對未來挑戰,包含能源再利用、淨零排放、水資源正效應和資料中心佈署地點的選擇等。
Submer了解客戶在建置營運服務所需考慮的許多因素:計算能力、耗能和運算服務量能;因此,Submer透過技嘉在運算設備市場所累積的經驗幫助下,為客戶先行完成許多探究與準備工作,創造了適合邊緣運算、人工智慧和超級電腦行業的解決方案。並提供每個領域都不同設備配置的產品組合,客戶可以方便的選擇任一種解決方案來應對他們的需求與挑戰。

型號 SmartPodX SmartPodXL SmartPodXL+
散熱力 50kW 50kW (1組CDU) 100kW (2組CDU)
IT硬體裝置容量 21U / 19OU 44U / 42OU 41U / 39OU
材積 120 (深) x 90 (寬) x 119 (高) cm 231 (深) x 93 (寬) x 121 (高) cm 231 (深) x 93 (寬) x 121 (高) cm
重量 櫃體: 411kg
滿載SmartCoolant: 872kg
櫃體: 671kg
滿載SmartCoolant: 1620.5kg
櫃體: 767kg
滿載SmartCoolant: 1716.5kg
SmartCoolant容量 576L 1187L 1187L
可耐受環境溫度 -20°C~40°C -20°C~40°C -20°C~40°C

SmartPod:實用的浸沒式冷卻運算單元
SmartPod是一款基於OCP規範所設計的商用浸沒式液冷散熱系統,除了支援EIA標準的19英寸伺服器外,也能支援OCP計算節點。SmartPod安裝伺服器的方式與垂直安裝的傳統機櫃不同,用戶需將伺服器垂直安裝於SmartPod中並水平的排列在配備 SmartCoolant 的櫃體裡。由於SmartCoolant的液體特性,SmartPod不但能快速有效地排放計算熱點所排放的熱量;由於浸沒式冷卻伺服器之間不需要冷卻風道,因此在計算密度和功耗方面較風冷具有絕對的優勢。
MicroPod:聰明的邊緣運算解決方案
MicroPod是一款專為邊緣運算設計、隨插即用的一體式資料中心解決方案,能在任何地點提供前所未有的高密度和高效能運算能力。MicroPod整合了單相液冷櫃和建築物冷卻裝置於一處,讓單相液冷設備無需額外的配水系統就能獨立運作。無論是倉庫、辦公大樓、城市中心的任一個角落乃至於氣候條件惡劣且遠離城市基礎設施的偏遠地區,MicroPod都能適任其所在區域的資料運算任務。

MicroPod
散熱力 戶外環境: 5kW (日光直射環境)
室內環境: 6.7kW
IT硬體裝置容量 6U, 深度800mm以內
材積 150 (深) x 84 (寬) x 122 (高) cm
重量 櫃體: 290kg
滿載SmartCoolant: 433kg
SmartCoolant容量 180L
可耐受環境溫度 -5 °C - 40 °C

GIGABYTE浸沒式液冷伺服器
技嘉是高性能運算伺服器的行業領導品牌。由於高性能處理器或通用計算加速器產生的功耗和熱量,高性能運算伺服器及其衍生的應用特別適合浸沒式液體冷卻。

透過與Submer合作提供兼容Submer Pod的標準產品,技嘉的模組化產品設計讓我們能夠快速回應客戶需求提供適用於浸沒式液體冷卻系統的產品。

GIGABYTE伺服器與Submer Pod相容性
1/2
人工智慧與高效能運算浸沒式伺服器
H262-PC0 (rev. 100)
適用於Submer SmartPod及MicroPod
2/2
邊緣運算浸沒式伺服器
R282-Z93 (rev. A00)
適用於Submer SmartPod及MicroPod
相關技術
資料中心
資料中心是什麼? 資料中心(Data Center)是容納組織中IT設備的設施,包括伺服器、儲存、網路設備 (如交換機、路由器和防火牆),以及組織和連接設備所需的機架和佈線。 該設備需要基礎設施來支援它,如配電系統(包括備用發電機和不間斷的電源)、通風和冷卻系統(如空調或液體冷卻系統)。數據中心的大小從單個房間到大型綜合倉儲皆有。 2005年美國國家標準協會(ANSI)和電信工業協會(TIA)發佈了 ANSI/TIA-942的準則「數據中心電信基礎設施標準」,根據不同級別的可靠性或彈性定義了四種層級的數據中心。例如,第 1 級數據中心只不過是一個小型伺服器機房,而第 4 層數據中心則提供高可靠度和高安全性。
電力使用效率
電力使用效率是什麼? PUE(Power Usage Effectiveness,電力使用效率)是計算資料中心節能省電的標準,計算的方式是資料中心的「總用電量」與「供應IT設備的電量」之比。PUE值越低,代表機房空調冷卻時所耗的電力就會更少,理想的 PUE 比率為 1.0:100%,意即數據中心所提供的電完全用於電腦運算。然而事實上,機房內卻有大量的電力被用於散熱(機器高速運轉時會產生大量熱能,若沒有相應的冷卻系統,將導致機器因過熱而停擺)、照明和其他耗電的開銷,也因此統機房的 PUE 比率始終大於 1.0。
浸沒式冷卻
浸沒式冷卻是什麼? 浸沒式冷卻(immersion cooling)是液冷技術(liquid cooling)中的一種,透過將伺服器直接浸泡在不導電的液體中,直接將零組件產生的熱能傳導給流體,不需要其他主動式的冷卻零件,譬如散熱鰭片、導熱銅管或風扇等等,溫度上升的液體透過循環冷卻方式再回流繼續吸收熱能。理論上可以大幅提升能源效率。浸沒式冷卻分為兩種類型,各自有不同的運作原理●單相浸沒式液冷運作方式伺服器及其他IT設備浸沒至導熱的介電液體槽中,流體以碳氫化合物合成具有高沸點,低黏度的特性不會改變其形態,無論是沸騰還是凍結,始終保持為液態。液體槽內安裝冷卻劑分配控制器 (Coolant Distribute Unit)推動液體槽內的流體尋換,可因應需求再進一步將導熱液抽送到水箱外的熱交換器,將熱量傳遞到第二級冷卻迴路,例如建築物冷水。 ●兩相浸沒式液冷運作方式將伺服器浸沒至低黏度、不導電的冷卻液中,透過冷卻液與發熱零件的直接接觸以及液體循環來帶走運算設備中的熱;同時由於液體低溫蒸發的過程將熱從液體池內轉移到池外空間,通過熱交換,例如冷凝管,水蒸氣再次冷卻凝結流回冷卻液池中,如此週而復始,不斷循環。(參考下圖)
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