Понятно, что все уже в курсе, что это не фотошоп а вполне себе доступная для каждого фишка — засунуть системник компьютера в жидкость. С одной стороны увеличить охлаждение, а вообще наверное просто для красоты и прикола. Но вот я как то не задавался вопросом, а какие жидкости для этого используют?

Давайте узнаем и это…

Вот первых сразу же всплывает такая версия для этой темы как «сухая вода».     Это вещество было разработано в США в 2004 году с чисто практическими целями. И если бы не его необычные свойства в сочетании со сходством с обычной водой, наверное, никто, кроме специалистов, и не узнал бы о нем.

Загадочная жидкость без цвета и запаха, так похожая на воду, заинтересовала многих.

Ведь сухая вода:

• не проводит электричество;
• кипит при температуре 49°C;
• не смачивает поверхности.

На практике это означает, что если опустить в нее мобильный телефон (планшет, включенный в розетку монитор), он будет спокойно работать. Лист бумаги, помещенный в эту воду, не намокнет, а чернила – не расплывутся. Сахар и соль в этой «воде» не растворяются. Сделать чай или кофе на ней тоже не получится. В кипящую сухую воду можно спокойно опустить руку – это еще один эффектный фокус.

Может показаться, что сухая вода – это просто ингредиент для фокусов и приколов, и никакой практической пользы от нее нет. Но все как раз наоборот. Это вещество разрабатывалось для решения очень серьезных задач. И, если еще раз посмотреть его свойства, можно даже догадаться, с какими именно.

Сухая вода была создана для систем автоматического пожаротушения. Те, кто хотя бы раз сталкивался с последствиями тушения даже небольшого возгорания, обязательно оценят преимущества сухой воды.

Представьте себе, что в офисе сработала система пожаротушения. Очаг возгорания потушен, но какой ценой! Важная документация безнадежно испорчена, офисная техника, залитая водой и пеной, не работает, а мебель проще заменить, чем приводить в порядок.

Ведь пожар может случиться где угодно, например, в библиотеке или музее, крупном дата-центре или на телестанции, или в любом другом месте, где много дорогостоящей аппаратуры, важных документов, бесценных произведений искусства. Представляете, какие потери помогает предотвратить сухая вода!

Строго говоря, сухая вода – это совсем не вода. Формула сухой воды CF3CF2C(O)CF(CF3)2. Можно прочитать это как перфтор(этил-изопропилкетон) или не ломать язык и использовать ее официальное название — Novec 1230. В молекуле этого вещества, как видно из формулы, нет атомов водорода. Этим можно объяснить необычные свойства этого вещества.

Производители называют Novec 1230 огнетушащим газом нового поколения. А если газ, то почему он жидкий? А почему мы и нет? Жидкий газ в зажигалках или баллонах никого не удивляет. Просто в газообразное состояние он переходит лишь при определенных условиях (температуре или давлении).

Для человека это вещество безопасно. Правда, под безопасностью для человека производители имели в виду, что это вещество не токсично, не выжигает кислород в помещении, и не оказывает отрицательного воздействия на глаза и легкие.

Но пить сухую воду все же не стоит.

Можно ли изготовить сухую воду в домашних условиях? Практически однозначно – нет.

Может быть, получится хотя бы купить сухую воду? В принципе, да. Газовые системы пожаротушения используются в США практически повсеместно. Нет, не в каждой квартире или доме, поскольку для частных лиц эти системы все же дороговаты, а в крупных учреждениях и фирмах. В России такие системы используются реже. Но тем не менее, продаются и сами системы, и все их компоненты. Только не в магазинах фокусов, а в специализированных компаниях, которые предлагают системы противопожарной безопасности.

Газовые системы пожаротушения придуманы давно. Но раньше в них использовался опасный для человека углекислый газ, затем – вредные для окружающей среды хладоны.

В 1993 году, когда хладон 114 был запрещен, сотрудники американской компании 3M, которая специализируется на разработке систем противопожарной безопасности, приступили к поиску нового вещества, безопасного для окружающей среды и человека.

Novec 1230 был представлен публике лишь в 2004 году. Но ждать его появления 11 лет, безусловно, стоило. Его называют самым чистым газом в истории человечества. Безопасный для окружающей среды, человека, техники и документов, этот газ выполняет свою работу идеально.

Но все так в аквариумы ее заливать наверное не совсем дешево да и температура кипения и усиленное испарение не предвещают ничего хорошего.

А какие еще варианты ?

Ну вот например «жидкий парафин» или по простому — минеральное масло.

Минеральное масло (Paraffinum Liquidum) – это бесцветная и не имеющая запаха субстанция, которая действительное является производным нефти. К минеральным маслам (углеводородам) относятся:

• Paraffin — парафин
• Vaseline — вазелин
• Ceresin — церезин
• Petrolatum — петролатум
• C13-14 isoparaffin и C13-16 isoparaffin — изопарафин
• Microcrystalline wax — микрокристаллический воск

Минеральное масло бывает двух категорий: техническое и косметическое. Косметическое минеральное масло, в отличие от технического, проходит многоступенчатую очистку от вредных примесей, которые чаще всего и являются причиной проблем с кожей. На основе косметического минерального масла создается косметика всех сортов и видов, а также аптечные мази.

А вот тут даже энтузиасты погружают системник в подсолнечное масло

 

В этой статье мы рассмотрим возможность, преимущества и недостатки размещения серверов в жидкости и обсудим возможные проблемы эксплуатации. Покажем, как это все может выглядеть на практике и реально работать. А также обсудим вопрос, почему в серверах могут или не могут плавать рыбы  

Долгое время потери энергии и затраты на охлаждение при эксплуатации серверов не давали покоя многим, в том числе и нам, так как количество используемых нашими абонентами серверов постоянно стремительно растет, мы все больше задумываемся о создании собственного центра обработки данных (ЦОДа) в обозримом будущем. И когда свыше половины энергии, потребляемой всем ЦОДом, расходуется на охлаждение воздухом, благодаря которому можно не более чем с коэффициентом эффективности 1.7 отвести выделяющееся тепло от оборудования, вольно не вольно задаешься вопросом, а как можно повысить эффективность охлаждения и минимизировать потери энергии?

 

 

Из курса физики известно, что воздух — крайне не эффективный проводник тепла, так как его теплопроводность в 25 раз ниже теплопроводности воды. Он скорее более пригоден для теплоизоляции, нежели для теплоотвода. А еще у него очень небольшая теплоемкость, а значит, что его постоянно нужно интенсивно перемешивать и поставлять большими объемами для охлаждения. Другое дело — вода и жидкости. Именно их используют в системах охлаждениях ЦОДов в виде теплообменника, чтобы повысить общий коэффициент эффективности, однако непосредственно с серверами жидкости не контактируют, только через воздушную прослойку и/или радиатор (для охлаждения чипсета к примеру), что позволяет повысить мехнический коэффициент эффективности системы охлаждения (mPUE) до 1.2 или даже до 1.15 при использовании внешней среды в целях охлаждения.

 

 

Но как охладить сервер наиболее эффективно? Выход только один — поместить его полностью в жидкость (разумеется диэлектирик), желательно с как можно большей теплопроводностью и теплоемкостью, которая не будет оказывать негативного влияния на компоненты сервера. И таким диэлектриком может быть минеральное масло. Идея, увы и к счастью, оказалась не нова — ее уже несколько лет разрабатывают и реализуют несколько компаний в различных вариациях и с различной эффективностью. Современные технологии позволяют построить «подводный» Дата Центр! Но какие преимущества и недостатки этого решения?

 

Преимущества и недостатки размещения серверов в жидкости

Охлаждение в жидкости уже сейчас экономит до 95 процентов электроэнергии, которая обычно используется для охлаждения в Дата Центрах и, как следствие, до 50% всей энергии, которую потребляет Дата Центр.

 

 

Система охлаждения в жидкости позволяет сэкономить до 60% средств при строительстве Дата Центра, так как нет необходимости в закупке дорогостоящих чиллеров, HVAC (heating ventilation air cooling) систем, строительстве холодных/горячих коридоров, применении фальшпола и т.п.

 

 

SSD-диски могут быть погружены в охлаждающую жидкость, разумеется сохранив при этом работоспособность , без каких-либо модификаций, как в прочем и остальные стандартные компонены серверов, за исключением жестких дисков. Для жестких дисков потребуется использование дополнительных приспособлений, ведь они не будут способны эффективно вращаться в жидкости.

 

 

Так как охлаждающая жидкость является диэлектриком (не проводит электричество) — нет необходимости сушить серверы и осушать всю систему для проведения работ в шкафу или с конкретным сервером. Тем не менее эта жидкость должна быть не токсична, без запаха (с минимальным испарением) и не быть агрессивной по отношению к компонентам сервера, к примеру не растворять каучуковую изоляцию проводов и т.п. Подбор правильного и эффективного минерального масла — не простая задача. Для задачи охлаждения в жидкости подойдет далеко не каждое минеральное масло. И в зависимости от выбранного масла мы получим разную допустимую мощность оборудования в 42-юнитовом шкафу, тепло с которого система способна отвести.

 

 

Если же говорить об эффективности охлаждения в жидкости в целом, то система позволяет достичь PUE 1.03. Но как такое возможно, спросите Вы, если применение минерального масла для охлаждения позволяет сэкономить только 95% энерегии? За счет чего мы можем получить дополнительную эффективность в 2%?

 

 

Ответ тут прост, охлаждение в жидкости позволяет сэкономить энергию, которую потребляют серверы, за счет того, что в них более нет нужды ставить куллеры для охлаждения, а также за счет того, что уменьшается утечка токов с чипов, так как они надежно изоллированы и работают при постоянной температуре (изменение температуры способствует утечке токов). И как следствие мы экономим на системе охлаждения, так как она теперь может занимать меньший объем, ведь ей необходимо отводить уже меньше тепла. Это и дает выигрыш тех заветных 2 процентов на охлаждении, но мы получаем не только это. Сами серверы начинают расходовать энергии на 10-20 процентов меньше, нежели серверы с другим охлаждением. PUE всего Дата Центра растет.

 

Успехи различных компаний в области охлаждения серверов в жидкости

Минеральное масло способно эффективно защищать от коррозии и пыли, благодаря тому, что в отличии от воздуха не содержит в себе воды и кислорода, продлить срок эксплуатации оборудования. Оно не токсично и не имеет запаха, а значит практически не испаряется. Но оно бывает различной эффективности и подбор правильного минерального масла — настоящее искусство.

 

 

Различные компании давно занимаются этими вопросами вплотную и имеют различные успехи благодаря применению разных минеральных масел, создают собственные «ноу-хау». Примерно месяц назад Intel и SGI анонсировали «новость», что способны благодаря применению минерального масла и собственной разработанной системы охлаждения на его основе, которая предусматривает эксплуатацию серверов в жидкости, обеспечить отвод тепла со шкафа в несколько десятков киловатт и даже более. Но у них все еще есть проблемы, в особенности в их сообщении упоминается, что обычные оптические кабели в их минеральном масле работать скорее всего не смогут, по какой причине увы не указано, видимо масло аггресивно для них. Решение далеко от коммерческой эксплуатации.

 

 

Другая же компания, GRC, уже давно использует намного более эффективное минеральное масло, предлагает готовое коммерческое решение и не имеет подобных проблем, давно не публикует это, как «новость», при этом по их словам они способны отвести тепла со шкафа до 100 кВатт и более, а значит значительно превзошли успехи Intel! Так что нужно более критично относится ко всей информации из новостей. Если одна компания заявляет о «ноу-хау», то это вовсе не значит, что другая уже не придумала лучше, некоторые просто могут находится в начале своего пути в новом для них направлении Как упоминалось выше, Intel еще очень далека от коммерческой эксплуатации этого решения, но без нее в конечном итоге решение любой компании не обойдется.

 

Перспективы

На сегодняшних материнских платах схемы выложены на «огромном» расстоянии друг от друга, чтоб максимизировать рассеивание тепла для использования в качестве охладителя воздуха, который является ужасно не эффективным охладителем. Благодаря охлаждению в жидкости можно начать производство серверов с более плотно упакованными схемами, которые учитывают работу в жидкости и свойство отвода тепла жидкостью, ведь жидкость имеет не только более высокую теплопроводность, чем воздух, а гораздо более высокую теплоемкость. Самые эффективные на сегодняшний день минеральные масла имеют теплоемкость, которая превосходит теплоемкость воздуха более, чем в 1200 раз!

 

 

Это все позволяет не только гораздо эффективнее отводить тепло, но и в случае остановки системы охлаждения получить гораздо больше времени на ее ремонт до перехода работы в критическое состояние из-за роста температуры, так как свойства жидкости (большая теплоемкость и плотность) позволяют поглотить гораздо больше тепла, при этом жидкость не становится перегретой сама, тем самым отодвигается порог «критического перегрева» во времени.

Очень большие перспективы открываются и для суперкомпьютеров, работающих в жидкости, экономия энергии и площадей при эксплуатации высокопроизводительного оборудования — колосальна.

 

 

Скорее всего в будущем не останется вычислительного и серверного оборудования, которое смогло бы работать без погружения в жидкость. Преимущества огромны, недостатков практически нет, разве что шкафы теперь нужно располагать не вертикально, а горизонтально, что несколько непривычно. Благодаря этому можно увеличить «плотность» оборудования в Дата Центре, а также обеспечить дополнительный уровень безопасности. Если вдруг Дата Центр будет затоплен водой в результате стихийного бедствия — вода не окажет влияния на серверы, так как они уже погружены в жидкость, пусть и с другой плотностью, но при этом надежно герметизированы в шкафах.

Охлаждение в жидкости в цифрах

Экономия свыше 60% средств при строительстве:

— нет необходимости в закупке дорогостоящих чиллеров, HVAC (heating ventilation air cooling) систем;
— нет необходимости в строительстве холодных/горячих коридоров, применении фальшпола;
— уменьшается количество генераторов, батарей систем бесперебойного питания (UPS) на N юнитов оборудования, за счет снижения потребления — — энерегии этим оборудованием при работе в жидкости;
— стоимость инфраструктуры в расчете на Ватт ниже на 73%, чем при строительстве ЦОДа с воздушным охлаждением, и на 55%, если ЦОД использует внешнюю среду для охлаждения;
— стоимость инфраструктуры в расчете на сервер дает выигрыш в 86 и 70 процентов соответственно.

Экономия свыше 50% средств при эксплуатации:

— оборудование, находясь в жидкости, потребляет на 10-20% энергии меньше, в зависимости от типа, за счет отсутствия куллеров и потерь токов с чипов, благодаря их нахождению в диелектирке и обеспечению их постоянной температуры;
— 90-95% энергии сохраняется благодаря охлаждению серверов в жидкости и отсутствию крупногабаритных систем охлаждения в ЦОДе, так как теперь тепло от шкафа с серверами в минеральном масле можно эффективно отвести применив испарительную охлаждающую башню (никакой механики, только испарение воды) или при помощи контура с холодной водой;
— нет расходов связанных с амортизацией обычных систем охлаждения, расходы на системы энергообеспечения значительно сокращаются в перерасчете на N юнитов, благодаря тому, что нужно содержать меньше батарей UPS в том числе;
минеральное масло практически вечно, его не нужно менять и почти не нужно добавлять (за исключением случаев утечки), в отличии от других охладителей в ЦОДах;
— если в среднем сервером потребляется порядка 230-270 Ватт мощности и 50-170 Ватт на охлаждение, в зависимости от применяемого метода охлаждения, то использование охлаждения в жидкости снижает среднее потребление энергии сервером до 210 Ватт, а энергия необходимая на его охлаждения составляет порядка 10 Ватт!

Можно отвести свыше 100кВатт тепла от погруженного в минеральное масло шкафа на 42 юнита! А также значительно снизить траты на серверное оборудование, до 50% на различные комплектующие, а все потому, что теперь постоянная температура эксплуатации примерно на 20 градусов ниже, чем в воздушной среде, есть возможность применять без опасений даже декстопные комплектующие, так как они работают при гораздо более низких температурах.

От «подводных» серверов до ПК, охлаждаемых жидкостью, или как создать рабочую станцию в жидкости в домашних условиях

Конечно эта идея не получила и не получит столь широкого применения на рынке персональных компьютеров, просто потому, что большинство уже давно перешло на ноутбуки и другие гаджеты, домашние рабочие станции в корпусе «tower» используют зачастую только профессионалы, так как им необходима большая производительность и отвод большого количества тепла. Вот для них погружение их бесценного железа в жидкость может стать очень полезным!

Оказывается реализовать это в домашних условиях не сложно и возможно, причем было сделано уже многими любителями модинга и довольно давно. Некоторые компании даже предлагают приобрести готовое решение, на основе минерального масла «Crystal Plus 70T», которое доступно в свободной продаже и по словам экспериментаторов идеально подходит для этой задачи, имеет теплоемкость в 750 раз выше, чем у воздуха и плотность более низкую, чем у воды.

Перемешивание жидкости может осуществляться благодаря пропусканию воздуха через минеральное масло или даже обычному компьютерному куллеру, который в минеральном масле вращается само собой гораздо медленнее, нежели в воздухе, однако сохраняет свою работоспособность. На вопрос о том, что делать с парами воды, которые будут попадать в минеральное масло при пропускании воздуха с целью перемешивания, разработчики отвечают, что благодаря различной плотности (бОльшая у воды), вода будет скапливаться в самом низу «аквариума», где не находится каких-либо электрических компонентов, однако они еще не видели, чтоб в процессе долгой эксплуатации появлялось хотя бы мизерное количество воды, иначе бы резервуар начал напоминать «лава-лампу».