解读浪潮信息液环式真空CDU技术:从细节入手突破技术壁垒,用创新引领产业实践​

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服务器 数据中心
浪潮信息自研了液环式真空CDU技术,这种采用负压设计的冷板式液冷技术,只要保证了二次侧管路系统内部的压力低于大气压,即使管路破裂发生了冷却液泄露,也是外部气体进入散热管道冷却管路中,而不会造成管道管路中的冷却液外泄

作为数字经济发展的重要底座,数据中心在企业数字化转型中扮演着极其重要的角色。近年来,随着人工智能、大数据等技术的应用,对数据中心的算力提出了更高的要求,GPU、DPU等芯片的加入,在提高数据中心算力的同时,也使得系统能耗问题高不下。尤其在“双碳”战略之下,如何在提高性能效率的同时,有效降低数据中心能耗,已经成为摆所有企业面前的最大难题。

传统的风冷散热技术,不仅已经无法满足高密度高性能服务器的散热问题,而且还产生了大量的能耗,随着液冷技术的不断成熟,很好的解决了这一问题,尤其是冷板式液冷技术,凭借着对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小,可操作性更强、易于部署、成本相对较低等优势,成为目前成熟度最高、应用最广泛的液冷散热方案。

为了解决冷板式液冷散热技术中存在的冷却液泄漏问题,浪潮信息自研了液环式真空CDU技术,以负压冷板式液冷创新技术突破破解业界难题,为推动液冷散热技术未来的发展与普及夯实了坚实地根基。

直面技术挑战,确解业界难题

众所周知,冷板式液冷系统是采用液体作为传热工质在冷板内部流道流动,通过热传递对热源实现冷却的非接触液体冷却技术。在冷板式液冷系统中,服务器芯片等发热器件不直接接触液体,而是通过装配在需要冷却的电子元器件上的冷板进行散热。

目前,常规冷板式液冷系统内部为正压,即系统内部流体压力大于外部大气压。随着使用年限的增长,管路和接口等处的老化,系统会出现潜在的风险。由于散热管冷却管路内部的流体压力大于外部大气压,当系统某处管路发生破裂、松动或冷板腐蚀时,就会面临冷却液泄漏的风险,而目前广泛使用的水和丙二醇水溶液等冷却液具有导电性,会造成服务器损毁,引发严重的安全事故。

例如,全球某大型互联网托管厂商的一套水冷系统发生冷却液泄漏事故,直接导致其在巴黎数据中心内的一台存储阵列遭受损坏,进而引发超过5000个网站长达24小时的服务中断,造成了重大损失。

目前,界普遍采用安装漏液检测系统来解决漏液问题,当发现冷却液泄露时及时进行告警,尽快定位泄露节点并快速进行修复。这种解决方案在应对小型泄露发生事故时尚为有效,但常见的泄露多为液柱大口喷射,突发且短时间内扩散,极易导致系统宕机,即使漏液检测系统无法有效规避事故损害。

为了有效解决漏液问题,浪潮信息自研了液环式真空CDU技术,这种采用负压设计的冷板式液冷技术,只要保证二次侧管路系统内部的压力低于大气压,即使管路破裂发生了冷却液泄露,也是外部气体进入散热管道冷却管路中,而不会造成管道管路中的冷却液外泄,这样就不会给服务器造成不可逆的损害。这种创新技术,从根源上解决漏液问题的发生

研发核心技术,从根源解决问题

正是基于以上思路,浪潮信息开启了负压冷板式液冷技术的自研过程。

不过,当前的负压冷板式液冷技术,仍然面临着很多的技术挑战,例如保证二次侧出口压力是负压的同时,又要同时保证系统能够提供最大的压差。这也是浪潮信息需要突破的第一个难题。

现有负压液冷循环系统必须同时依靠真空泵和水泵来实现液体的循环流动,利用真空泵实现负压,利用水泵实现低压腔室到高压腔室的冷却液流动,需要真空泵和水泵的协同配合,二者缺一不可。因此,要在保证水泵的扬程能够克服CDU内部部件阻力的同时,还要确保CDU二次侧出口为负压状态。

为此,浪潮信息自研了一种可以使得液冷系统二次侧均为负压的动力单元——液环式真空CDU,不仅实现仅靠真空泵通过不同传感器控制几个腔室的功能切换即可实现流体的循环流动,水泵仅起到辅助提高系统压差作用而且无需漏液监测设备就解决了冷却液泄露问题。由于真空泵制造的压差小于1个大气压,此也降低了对液冷管路、流体连接器耐压性的要求,提升系统可靠性。

为了让冷却液在系统中“流起来”且“流得稳”,浪潮信息还设计出一种多腔室切换的负压液冷系统。该系统区别于常规CDU的部分主要包括真空动力单元和腔室切换单元真空动力单元主要包括真空泵、抽吸气管路、电磁阀等部件,为系统运行提供驱动力;腔室切换单元包括液位传感器、水箱、单向阀等部件,为系统提供冷却液。在以上两个单元合力作用下,冷却液在腔室中循环流动,实现该负压液冷系统的稳定运行。

在实际运行过程中,系统根据腔室的液位高度来控制不同阀门开闭,当某一腔室中的液位高度触及液位传感器时,电磁阀会自动开闭,通过真空泵运行,抽出低液位腔室中的空气,使低液位腔室保持高负压的同时,让真空泵抽出的空气进入高液位腔室中,形成低负压(接近大气压)环境。

在压差作用下,“水往低处流”,冷却液由高液位腔室流出,途经换热器和冷板后,流入低液位腔室中。在此流动过程中,原来低液位腔室中的冷却液逐渐上涨触及液位传感器,于是新一轮的循环又将开启,如此循环往复,冷却液不断在不同腔室间流动切换,实现了液环式真空CDU负压液冷系统的稳定运行。

抓实细节持续创新,用最优解方案确保系统安全可靠

除了在核心技术上进行突破之外,为了真正让数据中心用户做到无忧使用,浪潮信息还从用户的实际使用场景出发,抓实细节持续创新,在防沸腾、防汽化、防漏气等问题上强化技术研发,用最解方案确保液冷系统的安全可靠。

例如,为了防止系统回液端因为压强过低而出现冷却液沸腾汽化问题,解决系统流阻导致冷却液无法流动的问题,浪潮信息创新研发了低流阻冷板,相对于传统铲齿形直通道冷板,流阻更小,且又能较好地维持冷板的散热性能。与此同时,浪潮信息通过对比了多种技术路线,最终优选出疏密疏通道、减翅增肋这两种低流阻冷板设计方案。与直通道相比,采用疏密疏通道以及减翅增肋方案均可将温差控制在大约1℃以内,且均可有效降低冷板的流阻。

在漏气检测方面,当系统管路某处发生破损后,气体会进入管路,影响系统散热效率。浪潮信息为此开发了节点侧漏气检测解决方案,将医疗行业应用的气泡检测技术转化为负压液冷技术漏气检测可用的技术形态。该方案通过将气泡传感器安装于节点回液管路,实时检测气泡信号,在管路中产生气泡后,传感器输出告警信号,BMC轮巡获取告警信号,将漏气报警信息及时上传监控系统,及时告知运维人员,确保快速确定漏气节点,提高了检测效率。

不难看出,正是基于对用户使用场景的深入理解,对行业技术发展方式的深刻洞察,浪潮信息站在用户角度,从细节入手持续研发与创新,不断突破核心技术,将最优的液冷解决方案提供给用户,确保液冷技术在任何使用场景下的绝对安全可靠。未来,浪潮信息将继续践行“All in 液冷”战略,坚持液冷技术创新,依托其在绿色数据中心领域强大的研发储备、丰富的产品体系、出色的液冷智造供应与交付能力以及构建完善生态的格局,引领产业实践,推动数据中心产业转型升级,助力企业绿色高质量发展。

责任编辑:张诚 来源: 51CTO
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