Примечание редактора: Стремительное развитие искусственного интеллекта выдвинуло более высокие требования к производительности компьютеров, и компьютерная индустрия также обратилась к архитектурам микросхем, которые могут справиться с более высокой электрической мощностью. Чем выше электрическая мощность процессора, тем выше температура самого чипа, и технология воздушного охлаждения больше не может удовлетворить потребности в охлаждении.Поэтому Microsoft представила технологию иммерсионного охлаждения, чтобы напрямую снизить температуру поверхности чипа, а эффективность на несколько порядков выше, чем в воздухе.
В Куинси, штат Вашингтон, огромное количество почты и сообщений направляется сотрудникам Microsoft и обратно. А в центре обработки данных на восточном берегу реки Колумбия данные кипят в стальных резервуарах, содержащих компьютерные серверы.
В отличие от воды, жидкость в этом резервуаре в форме дивана безвредна для электронного оборудования и имеет температуру кипения около 122 градусов по Фаренгейту (около 50 градусов по Цельсию), что на 90 градусов по Фаренгейту (около 32,2 градуса по Цельсию) ниже, чем у температура кипения воды...
Тепло рассеивается от работающего процессора компьютера из-за кипящего эффекта рабочей температуры сервера. Низкая температура кипения позволяет серверам непрерывно работать на полной мощности, избегая сбоев из-за перегрева.
Внутри бака пар от кипящей жидкости поднимается вверх до тех пор, пока конденсатор с воздушным охлаждением, который касается бака, не станет жидким. Сразу после этого эта «дождевая вода» стекает обратно в иммерсионный сервер, образуя замкнутую систему охлаждения.
«Microsoft — первая облачная служба, использующая двухфазное иммерсионное охлаждение в производственной среде, — сказал Хусам Алисса, главный инженер по оборудованию в группе перспективных разработчиков в центрах обработки данных Microsoft в Редмонде, штат Вашингтон, США».
Иоаннис Манусакис (слева), главный инженер-программист, Azure, и Хусам Алисса (справа), главный инженер по аппаратному обеспечению, группа продвинутых разработчиков Microsoft Data Center, осматривают резервуар двухфазного иммерсионного охлаждения в центре обработки данных Microsoft
Закон Мура в центре обработки данных
Следующим шагом в долгосрочном плане Microsoft является развертывание двухэтапного иммерсионного охлаждения в производственных средах, чтобы удовлетворить спрос на более быстрые и мощные компьютеры для центров обработки данных на фоне неуклонного замедления развития технологий воздушного охлаждения для компьютерных микросхем.
Технология микросхем продолжала совершенствоваться на протяжении десятилетий благодаря увеличению количества транзисторов, которые могут поместиться на микросхеме того же размера, а скорость компьютерных процессоров удваивалась почти каждые два года без увеличения энергопотребления.
Это явление называется «законом Мура» в честь соучредителя Intel Гордона Мура. Гордон Мур наблюдал эту тенденцию в 1965 году и предсказал, что она сохранится как минимум 10 лет. Закон Мура был доказан за последние несколько десятилетий, но сейчас эта тенденция начала замедляться.
Это связано с тем, что ширина транзисторов сократилась до атомного уровня и вот-вот достигнет физического предела. «В то же время растет спрос на более быстрые компьютерные процессоры для высокопроизводительных приложений, таких как искусственный интеллект», — сказала Алисса.
Чтобы удовлетворить требования к производительности, компьютерная индустрия обратилась к архитектурам микросхем, которые могут работать с более высокой электрической мощностью. Например, мощность центральных процессоров (ЦП) увеличилась со 150 Вт на чип до более чем 300 Вт, графических процессоров (ГП) увеличилась до более чем 700 Вт на чип.
Чем выше электрическая мощность этих процессоров, тем выше температура самого чипа, склонного к выходу из строя, что выдвигает более высокие требования к охлаждающему эффекту.
Кристиан Белади, проживающий в Редмонде и в настоящее время являющийся заслуженным инженером и вице-президентом группы перспективных разработчиков центров обработки данных Microsoft, сказал: «Воздушного охлаждения уже недостаточно. Поэтому мы внедрили технологию иммерсионного охлаждения, которая непосредственно снижает поверхность чип. температура."
Он подчеркнул, что теплопередача в жидкостях на порядки эффективнее, чем в воздухе.
Он также добавил, что переход на жидкостное охлаждение привел к тому, что во всем центре обработки данных действует закон Мура.
Он отметил: «Жидкостное охлаждение позволяет нам улучшить охлаждающий эффект, улучшить интеграцию чипов и реализовать закон Мура на уровне центра обработки данных».
На снимке Кристиан Белади, заслуженный инженер и вице-президент группы перспективных разработок центров обработки данных в Microsoft, рядом с баком двухфазного иммерсионного охлаждения в центре обработки данных Microsoft.
Урок от майнера криптовалюты
Белади отмечает, что жидкостное охлаждение — это зрелая технология. Большинство автомобилей на дороге сегодня полагаются на него, чтобы не допустить перегрева двигателя. Несколько технологических компаний, в том числе Microsoft, также экспериментируют с технологией охлаждающих пластин, которая охлаждает серверы, пропуская жидкость через металлическую пластину, а затем подавая ее на сервер.
Практики криптовалютной индустрии впервые применили жидкостное иммерсионное охлаждение в вычислительном оборудовании для охлаждения чипов, которые записывают транзакции в цифровой валюте.
Microsoft изучила, как технология жидкостного погружения будет работать в качестве решения для охлаждения высокопроизводительных приложений, таких как искусственный интеллект. Результаты показывают, что двухфазное иммерсионное охлаждение может снизить энергопотребление на 5–15 % для любого заданного сервера.
Руководствуясь этим результатом, команда Microsoft совместно с Wiwynn, производителем и разработчиком ИТ-систем для центров обработки данных, разработала решение для двухфазного иммерсионного охлаждения. Первое решение сейчас работает в центре обработки данных Microsoft в Куинси, штат Вашингтон.
Бак в форме дивана заполнен инженерными жидкостями 3М. Жидкости для охлаждения 3M обладают диэлектрическими свойствами, которые делают их эффективными изоляторами. Когда сервер полностью погружен в такие жидкости, он все еще может нормально функционировать.
«Этот переход к двухфазной технологии жидкостного иммерсионного охлаждения обеспечивает большую гибкость для эффективного управления облачными ресурсами», — сказал Маркус Фонтура, главный архитектор Azure, технический сотрудник и вице-президент Microsoft.
Например, программное обеспечение, управляющее облачными ресурсами, может распределять внезапные всплески вычислительных потребностей центра обработки данных на серверы в резервуарах хранения с жидкостным охлаждением. Это связано с тем, что эти серверы могут работать с более высокой мощностью, не рискуя перегреться, процесс, также известный как разгон.
Фонтура отмечает: «Например, мы знаем, что пик использования Teams приходится на 1 или 2, и обычно люди присоединяются к собраниям в одно и то же время в течение этого периода времени, а иммерсионное охлаждение дает нам возможность справляться с такими пиковыми нагрузками, обеспечивая большую гибкость. ”
Кипящая жидкость отводит тепло от компьютерных серверов в дата-центре Microsoft
Microsoft — первый поставщик облачных услуг, использующий технологию двухфазного иммерсионного охлаждения в производственных средах.
устойчивый центр обработки данных
Добавление двухфазных серверов с иммерсионным охлаждением к существующим вычислительным ресурсам также позволяет программному обеспечению машинного обучения более эффективно управлять ресурсами в центре обработки данных, включая персонал по питанию, охлаждению и техническому обслуживанию, добавил Фонтура.
«Мы не только значительно повысим эффективность, но и окажем огромное влияние на устойчивость. Каждая единица используемого нами ИТ-оборудования будет полностью использоваться без каких-либо потерь», — подчеркивает он.
Жидкостное охлаждение также является безводной технологией, которая поможет Microsoft выполнить свое обещание к 2030 году пополнить запасы воды, превышающей потребление ее глобальных операций.
По словам Алиссы, охлаждающие змеевики, проходящие через резервуар, позволяют пару конденсироваться и подключаться к отдельной системе с замкнутым контуром, которая использует жидкость для передачи тепла изнутри резервуара в сухой охладитель снаружи резервуара. Поскольку температура жидкости в этих змеевиках всегда выше температуры окружающего воздуха, нет необходимости распылять воду для подготовки воздуха к испарительному охлаждению.
В то же время Microsoft работает с партнерами в инфраструктурной отрасли над тем, как эксплуатировать резервуар таким образом, чтобы уменьшить потери жидкости и оказать минимальное воздействие на окружающую среду.
Иоаннис Манусакис, главный инженер-программист Azure, сказал: «При правильном подходе двухфазное иммерсионное охлаждение удовлетворит все наши требования к стоимости, надежности и производительности при очень низком энергопотреблении по сравнению с воздушным охлаждением».
На снимке видно, что команда Microsoft работает над технологией двухфазного иммерсионного охлаждения. Слева направо: Дэйв Старкенбург, управление операциями центра обработки данных, Кристиан Белади, заслуженный инженер и вице-президент группы перспективных разработок Microsoft Data Center, Иоаннис Манусакис, главный инженер-программист, Azure, и Хусам Алисса, главный инженер по оборудованию, Microsoft Data Center Advanced Development Команда
«Мы позволяем нашим серверам наслаждаться морскими глубинами»
Исследование технологии двухфазного иммерсионного охлаждения является частью многоаспектной стратегии Microsoft, направленной на то, чтобы сделать строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание центров обработки данных более устойчивыми и эффективными.
Например, группа перспективных разработчиков центра обработки данных также изучает возможность использования водородных топливных элементов вместо дизельных генераторов в качестве резервной выработки электроэнергии в центре обработки данных.
Проект жидкостного охлаждения аналогичен проекту Natick, в котором исследуется возможность подводного центра обработки данных, который можно быстро развернуть и загерметизировать на морском дне, как подводный трубопровод, чтобы он работал годами без какого-либо обслуживания на месте.
Подводные центры обработки данных больше не заполняются инженерными жидкостями, их заменяет сухой азот. Серверы охлаждаются вентиляторами и системой теплообменных каналов, по герметичным трубам нагнетающих морскую воду.
Ключевой вывод Project Natick показал, что частота отказов подводных серверов в восемь раз меньше, чем у тех же серверов в наземных центрах обработки данных. Предварительный анализ показывает, что низкая влажность и низкая кислородная коррозия являются основными причинами превосходной производительности подводных серверов.
По прогнозам Алиссы, серверы в резервуарах с интрузивной жидкостью будут иметь столь же высокую производительность. «Мы даем возможность получить «глубоководный опыт» без необходимости размещать серверы под водой», — сказал он.
Иоаннис Манусакис, главный инженер-программист Azure, извлекает блейд-сервер из резервуара с двухфазным иммерсионным охлаждением в центре обработки данных Microsoft. (Фото Джина Тведта для Microsoft)
Глядя в будущее
Если частота отказов серверов в погружном резервуаре снизится, как ожидается, Microsoft может перейти к модели, не требующей немедленной замены компонентов в случае отказа. Это не только снижает потери пара, но и позволяет размещать резервуар в удаленных и труднодоступных местах.
Кроме того, Белади отметил, что возможность плотного размещения серверов в слоте позволит переосмыслить и оптимизировать архитектуру сервера для работы с малой задержкой, высокопроизводительными приложениями и операциями, требующими минимального обслуживания.
Например, такие желоба могут быть развернуты под вышками сотовой связи 5G в городских центрах для таких приложений, как автономное вождение автомобиля.
Пока что у Microsoft есть только один модуль, выполняющий рабочие нагрузки в гипермасштабируемых центрах обработки данных. В течение следующих нескольких месяцев команда Microsoft проведет серию тестов, чтобы продемонстрировать жизнеспособность танка и технологии.
«Первый шаг — убедить людей принять эту концепцию и доказать, что мы можем выполнять рабочие нагрузки, — сказал Белади.
Оригинальная ссылка:Woohoo. Это потрясающе. Talent/this-capability/news/…