पूर्ण लिक्विड-कूल्ड सर्वर की क्रांति CPU, मेमोरी और PCIe के लिए कुशल कूलिंग समाधान

 

चीन की 14वीं पंचवर्षीय योजना की पृष्ठभूमि में, जो डिजिटल अर्थव्यवस्था के विकास पर जोर देती है, डेटा सेंटर डिजिटल परिवर्तन का समर्थन करने वाले मुख्य बुनियादी ढांचे के रूप में काम करते हैं, लेकिन उन्हें महत्वपूर्ण कार्बन उत्सर्जन दबावों का भी सामना करना पड़ता है। चिप और सर्वर बिजली की खपत में वृद्धि के साथ, प्रति रैक बिजली घनत्व बढ़ रहा है, और पारंपरिक एयर कूलिंग धीरे-धीरे गर्मी अपव्यय और ऊर्जा अनुकूलन के मामले में सीमित होती जा रही है।

 

▲ डेटा सेंटर

 

लिक्विड कूलिंग, एक उभरती हुई कूलिंग तकनीक है, जो घटकों द्वारा उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए लिक्विड कूलेंट का उपयोग करती है। एयर कूलिंग की तुलना में, लिक्विड कूलिंग कई लाभ प्रदान करती है, जिसमें उच्च-शक्ति चिप्स के लिए समर्थन, विस्तारित चिप जीवनकाल, डेटा केंद्रों के कम PUE (पावर यूसेज इफेक्टिवनेस), बेहतर हीट ट्रांसफर दक्षता, न्यूनतम हीट स्पॉट, उच्च रैक घनत्व के लिए समर्थन, कम शोर और बेहतर पर्यावरण अनुकूलनशीलता शामिल है। इसलिए, लिक्विड कूलिंग भविष्य के डेटा सेंटर निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन जाएगा, जो ग्रीन कंप्यूटिंग और कार्बन तटस्थता लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है।

 

पूर्णतया लिक्विड-कूल्ड सर्वर के नोड्स, नोड चेसिस, मदरबोर्ड, सीपीयू चिप्स, मेमोरी मॉड्यूल, मेमोरी कोल्ड प्लेट्स, सीपीयू कोल्ड प्लेट्स, आईओ कोल्ड प्लेट्स, पावर सप्लाई और पावर सप्लाई हीट एक्सचेंजर्स से बने होते हैं।

 

 

I सीपीयू कोल्ड प्लेट डिजाइन

 

सीपीयू कोल्ड प्लेट मॉड्यूल को इंटेल 5वीं पीढ़ी के ज़ीऑन प्लेटफ़ॉर्म स्केलेबल प्रोसेसर कोल्ड प्लेट की आवश्यकताओं के आधार पर डिज़ाइन किया गया है। यह कोल्ड प्लेट डिज़ाइन में गर्मी अपव्यय, संरचनात्मक प्रदर्शन, उपज, लागत और विभिन्न सामग्रियों के साथ संगतता जैसे कारकों को ध्यान में रखता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अनुकूलित संदर्भ डिज़ाइन होता है। सीपीयू कोल्ड प्लेट में मुख्य रूप से एक एल्यूमीनियम ब्रैकेट, कोल्ड प्लेट और कोल्ड प्लेट कनेक्टर होते हैं।

 

▲ सीपीयू कोल्ड प्लेट

 

 

II मेमोरी लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन

 

मेमोरी लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन में एक अभिनव "रेल टाई" लिक्विड कूलिंग हीट सिंक का उपयोग किया जाता है, जिसका नाम रेलवे ट्रैक पर स्लीपर के समान होने के कारण रखा गया है, जब मेमोरी स्लॉट पूरी तरह से भरे होते हैं। यह डिज़ाइन पारंपरिक एयर कूलिंग को कोल्ड प्लेट कूलिंग के साथ जोड़ता है। हीट पाइप (या शुद्ध एल्युमिनियम/कॉपर, वेपरचैम्बर, आदि से बना) को शामिल करते हुए हीट सिंक मेमोरी से गर्मी को दोनों सिरों पर स्थानांतरित करता है, जो फिर चयनित थर्मल पैड के माध्यम से कोल्ड प्लेट से संपर्क करता है, जिससे कोल्ड प्लेट में लिक्विड कूलेंट गर्मी को दूर ले जाता है।

 

मेमोरी और हीटसिंक को फिक्सचर का उपयोग करके सिस्टम के बाहर एक न्यूनतम रखरखाव इकाई (जिसे मेमोरी मॉड्यूल कहा जाता है) में इकट्ठा किया जा सकता है। मेमोरी कोल्ड प्लेट को हीटसिंक और मेमोरी कोल्ड प्लेट के बीच अच्छे संपर्क को सुनिश्चित करने के लिए एक संरचना के साथ डिज़ाइन किया गया है। इस संरचना को स्क्रू से सुरक्षित किया जा सकता है या आवश्यकतानुसार बिना किसी उपकरण के बनाए रखा जा सकता है। मेमोरी कोल्ड प्लेट का शीर्ष मेमोरी को ठंडा करता है, जबकि निचला भाग मदरबोर्ड पर अन्य गर्मी पैदा करने वाले घटकों, जैसे VR को ठंडा कर सकता है, जिससे मेमोरी कोल्ड प्लेट का अधिकतम उपयोग होता है। कोल्ड प्लेट डिज़ाइन को सरल बनाने के लिए, मेमोरी और मदरबोर्ड के बीच एक एडाप्टर ब्रैकेट को विभिन्न मदरबोर्ड की ऊंचाई की मंजूरी को पूरा करने के लिए पेश किया जा सकता है।

 

▲ मेमोरी कोल्ड प्लेट

 

बाजार में मौजूदा ट्यूबिंग-आधारित तरल शीतलन समाधानों की तुलना में, "रेल टाई" तरल शीतलन डिजाइन के निम्नलिखित लाभ हैं:

 

रखरखाव में आसानी:मेमोरी रखरखाव के दौरान, मेमोरी मॉड्यूल को एयर-कूल्ड मेमोरी मॉड्यूल की तरह ही सर्विस किया जाता है, बिना हीट सिंक और फास्टनरों को हटाने की आवश्यकता के। यह असेंबली दक्षता और विश्वसनीयता में बहुत सुधार करता है जबकि स्थापना और हटाने के दौरान मेमोरी चिप्स और थर्मल पैड को होने वाले संभावित नुकसान को कम करता है।

 

अच्छी संगतता: टीकूलिंग प्रदर्शन अलग-अलग मेमोरी चिप मोटाई या स्पेसिंग से अप्रभावित रहता है। समाधान 7.5 मिमी की न्यूनतम मेमोरी स्पेसिंग का समर्थन करता है और ऊपर की ओर संगत है। हीटसिंक और कोल्ड प्लेट का डिकूपल्ड डिज़ाइन लिक्विड-कूल्ड मेमोरी के पुन: उपयोग और मानकीकरण की अनुमति देता है।

 

उच्च लागत प्रभावशीलता:मेमोरी पावर खपत के आधार पर हीटसिंक का चयन किया जा सकता है, और मेमोरी आवश्यकताओं के अनुसार हीटसिंक की संख्या को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। 7.5 मिमी की मेमोरी स्पेसिंग के लिए, यह समाधान 30W से अधिक बिजली खपत वाले मेमोरी मॉड्यूल की कूलिंग आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

 

निर्माण और संयोजन में आसान:मेमोरी स्लॉट के बीच कोई लिक्विड कूलिंग ट्यूब नहीं है, जिससे जटिल ट्यूबिंग वेल्डिंग और प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। हीट सिंक को पारंपरिक एयर कूलिंग और मानक CPU कोल्ड प्लेट निर्माण तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है। थर्मल प्रदर्शन मेमोरी चिप प्लेन के लंबवत दिशा में हीट सिंक और मदरबोर्ड के बीच सहनशीलता के प्रति संवेदनशील नहीं है, जिससे असेंबली आसान हो जाती है।

 

उच्च विश्वसनीयता:"रेल टाई" लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन असेंबली के दौरान मेमोरी चिप्स और थर्मल पैड को होने वाले संभावित नुकसान से बचाता है और कई बार लगाने/हटाने की आवश्यकताओं को पूरा करता है। इसके अतिरिक्त, यह मिसअलाइनमेंट के कारण मेमोरी और सॉकेट के बीच सिग्नल संपर्क समस्याओं के जोखिम को समाप्त करता है, जिससे सिस्टम की विश्वसनीयता में काफी वृद्धि होती है।

 

 

III SSD लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन

 

अभिनव SSD लिक्विड कूलिंग समाधान, बिल्ट-इन हीट पाइप वाले हीट सिंक के माध्यम से SSD क्षेत्र से गर्मी स्थानांतरित करता है। फिर गर्मी को थर्मल पैड के साथ सीधे संपर्क के माध्यम से SSD क्षेत्र के बाहर ठंडी प्लेट तक पहुंचाया जाता है।

 

इस SSD लिक्विड कूलिंग सॉल्यूशन में मुख्य रूप से एक हीटसिंक वाला SSD मॉड्यूल, SSD कोल्ड प्लेट, SSD मॉड्यूल लॉकिंग मैकेनिज्म और SSD ब्रैकेट शामिल हैं। SSD ब्रैकेट पर लॉकिंग मैकेनिज्म SSD मॉड्यूल और कोल्ड प्लेट के बीच विश्वसनीय दीर्घकालिक संपर्क बनाए रखने के लिए उचित प्रीलोडिंग सुनिश्चित करता है। सीमित स्थानों में स्थापना की सुविधा के लिए, SSD ब्रैकेट सर्वर की गहराई दिशा में एक दराज-प्रकार के डिज़ाइन को अपनाता है।

 

▲ एसएसडी लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन

 

मौजूदा एसएसडी तरल शीतलन प्रयासों की तुलना में, इस समाधान में प्रगति शामिल है:

• बिना बिजली बंद किए 30 से अधिक हॉट-स्वैपेबल प्रविष्टियों/निष्कासनों का समर्थन करता है।
• एसएसडी स्थापना के दौरान थर्मल इंटरफेस सामग्रियों को क्षति पहुंचने का कोई खतरा नहीं होता; लॉकिंग तंत्र दीर्घकालिक संपर्क विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।
• कम विनिर्माण जटिलता, केवल पारंपरिक वायु शीतलन और सीपीयू शीत प्लेट विनिर्माण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
• एसएसडी के बीच कोई जल मार्ग नहीं होता, जिससे कई एसएसडी एक ही कोल्ड प्लेट को साझा कर सकते हैं, जिससे कनेक्टर्स की संख्या कम हो जाती है और रिसाव का जोखिम कम हो जाता है।
• विभिन्न SSD मोटाई और सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन के लिए लचीला अनुकूलन।

 

 

IV NPCIe/OCP कार्ड लिक्विड कूलिंग डिज़ाइन

 

1. PCIe लिक्विड कूलिंग सॉल्यूशन

PCIe कार्ड लिक्विड कूलिंग समाधान मौजूदा एयर-कूल्ड PCIe कार्ड पर आधारित है। यह PCIe कार्ड पर ऑप्टिकल मॉड्यूल और मुख्य चिप्स के लिए कूलिंग प्राप्त करता है, इसके लिए कूलिंग मॉड्यूल विकसित किया जाता है जो सिस्टम की कोल्ड प्लेट से संपर्क करता है। ऑप्टिकल मॉड्यूल से गर्मी को हीट पाइप के माध्यम से PCIe कार्ड पर मुख्य हीट सिंक मॉड्यूल में स्थानांतरित किया जाता है, जो फिर उपयुक्त थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री का उपयोग करके IO कोल्ड प्लेट के संपर्क के माध्यम से गर्मी को नष्ट कर देता है।

 

लिक्विड-कूल्ड PCIe कार्ड में मुख्य रूप से QSFP हीट सिंक क्लैंप, PCIe चिप हीट सिंक मॉड्यूल और PCIe कार्ड शामिल होते हैं। QSFP क्लैंप में पर्याप्त लोच होनी चाहिए ताकि इंस्टॉलेशन के दौरान उचित फ्लोटिंग संपर्क सुनिश्चित हो सके, जिससे ऑप्टिकल मॉड्यूल को नुकसान से बचाया जा सके और साथ ही इष्टतम कूलिंग प्रदर्शन के लिए अच्छा संपर्क सुनिश्चित हो सके।

 

▲ PCIe लिक्विड कूलिंग

 

2. ओसीपी 3.0 लिक्विड कूलिंग सॉल्यूशन

OCP 3.0 कार्ड लिक्विड कूलिंग समाधान PCIe कार्ड के समान है। यह OCP 3.0 कार्ड के लिए लिक्विड कूलिंग हीट सिंक को कस्टमाइज़ करता है, कार्ड के मुख्य चिप्स से लिक्विड कूलिंग हीट सिंक में गर्मी स्थानांतरित करता है। फिर हीट को हीट सिंक और सिस्टम की IO कोल्ड प्लेट के बीच संपर्क के माध्यम से हटाया जाता है।

 

OCP 3.0 लिक्विड कूलिंग मॉड्यूल में मुख्य रूप से हीटसिंक मॉड्यूल, OCP 3.0 कार्ड और उसका ब्रैकेट होता है। जगह की सीमाओं के कारण, लॉकिंग तंत्र हीटसिंक मॉड्यूल और IO कोल्ड प्लेट के बीच दीर्घकालिक संपर्क विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए स्प्रिंग स्क्रू का उपयोग करता है।

 

▲ ओसीपी 3.0 लिक्विड कूलिंग

 

OCP 3.0 कार्ड के आसान रखरखाव और कई हॉट-स्वैपेबल सम्मिलन/निष्कासन की आवश्यकता को देखते हुए, लॉकिंग तंत्र और थर्मल इंटरफ़ेस सामग्रियों को समग्र विश्वसनीयता और रखरखाव सुविधा में सुधार करने के लिए अनुकूलित किया गया है।

 

 3. आईओ कोल्ड प्लेट समाधान 

IO कोल्ड प्लेट एक बहुक्रियाशील कोल्ड प्लेट है, जो न केवल मदरबोर्ड के IO क्षेत्र में गर्मी पैदा करने वाले घटकों को ठंडा करती है, बल्कि लिक्विड-कूल्ड PCIe और OCP 3.0 कार्ड को भी ठंडा करती है।

 

▲ आईओ कोल्ड प्लेट

 

IO कोल्ड प्लेट में मुख्य रूप से शीतलक प्रवाह और बेहतर गर्मी अपव्यय के लिए एक एल्यूमीनियम मिश्र धातु निकाय और तांबे के पाइप होते हैं। डिज़ाइन को मदरबोर्ड लेआउट और गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किया जाना चाहिए। लिक्विड-कूल्ड PCIe और OCP 3.0 कार्ड मॉड्यूल निर्दिष्ट मार्गों के साथ IO कोल्ड प्लेट से संपर्क करते हैं। शीतलक सामग्री को सिस्टम की पाइपलाइन शीतलक और गीला करने वाले एजेंटों के साथ संगत होना चाहिए।

 

▲ आईओ कोल्ड प्लेट

 

IO कोल्ड प्लेट के लिए यह लिक्विड कूलिंग समाधान कई घटकों की बहुआयामी असेंबली आवश्यकताओं को पूरा करता है, संगतता मुद्दों को हल करने के लिए तांबे और एल्यूमीनियम सामग्री के संयोजन का उपयोग करता है। यह प्रभावी गर्मी अपव्यय सुनिश्चित करता है, कोल्ड प्लेट के वजन को 60% तक कम करता है, और लागत कम करता है।

 

 

वी पावर सप्लाई कोल्ड प्लेट डिजाइन

 

विद्युत आपूर्ति तरल शीतलन समाधान, बाह्य वायु-से-तरल ताप एक्सचेंजर को विद्यमान वायु-शीतित विद्युत आपूर्ति (पीएसयू) के साथ एकीकृत करता है, जो पीएसयू पंखे द्वारा निष्कासित वायु को ठंडा करता है तथा बाह्य डेटा सेंटर वातावरण पर प्रीहीटिंग प्रभाव को कम करता है।

 

पीएसयू रियर हीट एक्सचेंजर में ओवरलैपिंग फ्लो चैनल और फिन के साथ एक बहु-परत संरचना है। हीट एक्सचेंजर के आयाम पीएसयू केबल कनेक्शन को प्रभावित किए बिना स्थान और कार्यात्मक आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित हैं। हीट एक्सचेंजर स्वतंत्र रूप से नोड चेसिस पर लगाया जाता है।

 

▲ पावर सप्लाई लिक्विड कूलिंग

 

यह अभिनव पावर सप्लाई लिक्विड कूलिंग समाधान नए लिक्विड-कूल्ड PSUs को विकसित करने की आवश्यकता को समाप्त करता है, विकास समय को कम करता है और लागत को कम करता है। इसकी उच्च अनुकूलनशीलता इसे विभिन्न PSU डिज़ाइनों पर लचीले ढंग से लागू करने की अनुमति देती है, जिससे कस्टम लिक्विड-कूल्ड PSUs की तुलना में 60% से अधिक की बचत होती है।

 

पूर्ण-रैक अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक PSU के लिए वितरित रियर हीट एक्सचेंजर्स के बजाय एक केंद्रीकृत एयर-टू-लिक्विड हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जा सकता है। यह केंद्रीकृत संरचना व्यक्तिगत PSU हीट एक्सचेंजर्स की जगह लेती है, जो रैक के एयरफ्लो मार्गों के साथ एकीकृत एक सिस्टम के माध्यम से शीतलन प्रदान करती है, जिससे सर्वर रूम के वातावरण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

 

एक एकल केंद्रीकृत ताप एक्सचेंजर 8 किलोवाट की शीतलन क्षमता को संभाल सकता है, जो कम से कम 150 किलोवाट तक ठंडा करने की क्षमता रखता है।पीएसयू। केंद्रीकृत एयर-टू-लिक्विड हीट एक्सचेंजर के मुख्य घटकों में हीट एक्सचेंजर कोर, वॉटर इनलेट और आउटलेट पोर्ट, कॉपर कूलिंग ट्यूब, एल्युमीनियम आवरण और फ्लो गाइड फिन शामिल हैं। यह सेटअप उच्च घनत्व वाले डेटा केंद्रों में कुशल और स्केलेबल पीएसयू कूलिंग की अनुमति देता है।

 

 

निष्कर्ष

 

▲ पूरी तरह से लिक्विड-कूल्ड सर्वर

 

लिक्विड कूलिंग तकनीक, जैसा कि इन अनुकूलित डिज़ाइनों द्वारा दर्शाया गया है, आधुनिक डेटा सेंटरों के बढ़ते ताप उत्पादन को प्रबंधित करने के लिए महत्वपूर्ण है, जबकि दक्षता और स्थिरता लक्ष्यों को आगे बढ़ाता है। CPU, मेमोरी, SSD, PCIe/OCP कार्ड और पावर सप्लाई के लिए कोल्ड प्लेट समाधानों में नवाचारों के साथ, ये लिक्विड-कूल्ड सर्वर भविष्य में हरित, उच्च प्रदर्शन वाले डेटा सेंटरों की ओर मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं।