211service.com
Komputery chłodzące z małymi silnikami odrzutowymi
Serwery komputerowe, które wypełniają ogromne centra danych, wytwarzają więcej ciepła z każdą nową generacją procesorów. Jest to problem, który skłania inżynierów do poszukiwania wentylatorów chłodzących, które są wystarczająco małe, aby zmieścić się w coraz mniejszych obudowach serwerów i wystarczająco mocne, aby rozpraszać coraz większe ilości ciepła. W firmie Hewlett-Packard znaleźli jedną odpowiedź w nieoczekiwanym miejscu: modele samolotów odrzutowych.
Przekrój nowego wentylatora chłodzącego serwer firmy Hewlett-Packard z kanałem elektrycznym, który został zaadaptowany z silników modeli samolotów odrzutowych. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Hewlett-Packard.)
Aby schłodzić następną generację serwerów komercyjnych, firma wykorzystuje wentylatory z kanałami elektrycznymi (EDF), pierwotnie opracowane przez hobbystów zajmujących się modelowaniem samolotów do zasilania sterowanych radiowo odrzutowców. Według Wade'a Vinsona, inżyniera z Industry Standard Server Group, wentylatory są zasadniczo śmigła w pudełku, wentylatory działają tak szybko i wytwarzają tak duże ciśnienie powietrza, że powinny być w stanie zapewnić chłodzenie dla kolejnych kilku generacji serwerów HP .
W wentylatorze z kanałem elektrycznym, który jest najpopularniejszą formą silnika strumieniowego sterowanego radiowo, łopatki wentylatora są umieszczone wewnątrz rury, czyli kanału. Ponieważ łopaty są krótsze niż typowe łopaty śmigła, obracają się szybciej, tworząc w ten sposób większy ciąg. Co więcej, kanał redukuje hałas i zapobiega tworzeniu się wirów powietrznych wokół końcówek łopat, co osłabia ciąg wytwarzany przez tradycyjne śruby napędowe.
Oczywiście serwery komputerowe nie potrzebują ciągu, ponieważ generalnie nigdzie się nie wybierają. Zamiast tego Vinson i jego zespół wykazali, że ostrza EDF można przeprojektować w celu wytworzenia nacisku. Łopatki wentylatorów w ich prototypach wtłaczają powietrze do obudowy serwera, dzięki czemu pewna ilość powietrza na minutę przepływa przez radiatory (aluminiowe lub miedziane żebra przymocowane do większości procesorów) i odprowadza ciepło poprzez konwekcję.
Produktem końcowym jest aktywny wentylator chłodzący HP, który zadebiutuje w nowej generacji serwerów BladeSystem. Według Vinsona w najbardziej wydajnym ustawieniu wentylatory zużywają zaledwie jedną trzecią mocy tradycyjnych wentylatorów komputerowych; i są mniejsze niż zwykłe wentylatory, co oznacza, że inżynierowie mogą sprawić, że serwery będą cieńsze i spakować do nich więcej elektroniki. Jeśli masz dziś 10 tradycyjnych serwerów, moglibyśmy umieścić 16 serwerów na tej samej przestrzeni, mówi Vinson.
Według Vinsona prototypowe wentylatory HP są zbudowane z mocniejszych i bardziej niezawodnych części niż dzisiejsze wentylatory komputerowe i dostarczają powietrze z wystarczającą siłą, aby schłodzić mniejsze, gęstsze i gorętsze serwery na deskach kreślarskich HP. Dosłownie cię powalają, mówi; to jak podnoszenie dmuchawy do liści.
Nadszedł czas na lepszą technologię chłodzenia komputerów. Zasadniczo procesory to maleńkie grzejniki, które wykonują pracę obliczeniową, gdy pracowicie przekształcają energię elektryczną w ciepło. Każdy wat energii zużywanej przez serwery centrum danych w postaci energii elektrycznej musi zostać wydalony jako ogrzane powietrze. Ale ponieważ producenci komputerów zmniejszają i przyspieszają procesory oraz umieszczają je bliżej siebie, coraz trudniej jest przepuścić wystarczającą ilość powietrza przez serwer, aby zapewnić płynną pracę elektroniki.
Taka sytuacja może przełożyć się na ogromne problemy dla korporacyjnych centrów danych z setkami lub tysiącami serwerów – takich, które utrzymują naszą gospodarkę online w obiektach zarządzanych przez Google, Yahoo, eTrade i tym podobne. Serwery, które się przegrzewają, mogą się wyłączyć, spowalniając przetwarzanie i zwiększając obciążenie innych serwerów; i zmuszają firmy do wydawania setek tysięcy dolarów na nowe systemy klimatyzacji i energię elektryczną do ich obsługi.
Problem też się pogarsza, ponieważ mniejsze procesory oznaczają, że więcej jest ściskanych w tej samej objętości. Jeszcze w 2000 roku przeciętny serwer zużywał od 100 do 150 watów, mówi Vinson. Teraz przekracza 400 do 500 watów. Nie byłoby niczym niezwykłym posiadanie szafy serwerowej o mocy 15 000 lub 20 000 watów – wystarczającej do oświetlenia ponad 100 domów.
Podczas gdy amerykańscy producenci komputerów od lat nakłaniają głównie chińskich producentów wentylatorów komputerowych do ponownego przemyślenia konstrukcji silników i aerodynamiki swoich produktów, ilość powietrza, przez które mogą przepychać się tradycyjne wentylatory, wzrasta o nie więcej niż 5 procent rocznie. Ten brak rzeczywistego postępu jawi się jako potencjalna przeszkoda w rozwoju technologii serwerowej. Do 2003 roku mieliśmy wyobrażenie o tym, jak chcielibyśmy, aby wyglądały nasze przyszłe serwery – ale kiedy zaczęliśmy robić obliczenia dotyczące typu wentylatora, który byłby potrzebny, aby tam trafić, było to trzy razy więcej niż ktokolwiek w branży byłby w stanie dostarczyć, mówi Vinson.
Ostatecznie Vinson i Ron Noblett, wiceprezes ds. wspólnych usług inżynieryjnych w grupie HP Industry Standard Server, natknęli się na niekonwencjonalne rozwiązanie. Noblett, entuzjasta modeli samolotów, zasugerował, aby jego kolega zbadał wentylatory z kanałami elektrycznymi stosowane w odrzutowcach sterowanych radiowo.
Większość modeli samolotów z napędem śmigłowym ma małe silniki benzynowe (które wydają znajome, wysokie skowyt). Ale silniki gazowe nie są idealne do modeli odrzutowców. Te warte 4000 dolarów zabawki mogą brzęczeć z prędkością ponad 200 kilometrów na godzinę, wymagając błyskawicznego refleksu; jeśli pilot straci kontrolę, zbiornik paliwa samolotu może zamienić się w latającą bombę. Tak więc w połowie lat 80-tych hobbyści zaczęli opracowywać szybkie, zasilane bateryjnie silniki elektryczne, które można było umieścić w kadłubie lub pod skrzydłami modelu samolotu.
W ciągu ostatnich 20 lat ta branża latania elektrycznego stale naciskała na moc akumulatorów, technologię silników i technologię łopatek wentylatora, zgodnie z założeniem, że nawet jeśli zajdą za daleko, a silnik zginie w locie, samolot nadal ma swoje powierzchnie sterowe i po prostu staje się szybowiec, mówi Vinson. Przystosowanie tej nowej technologii model-jet do chłodzenia serwerów okazało się prostą sprawą zmiany kształtu ostrza.
HP i rywale pracują również nad innymi sposobami rozwiązania problemu nadmiernego ciepła. Jest chłodzenie wodne, w którym radiatory zastępują bloki wodne z kanałami do płynącej wody; chłodzenie zmiennofazowe, które jest podobne do tradycyjnego chłodzenia; oraz chłodzenie Peltiera, oparte na efekcie Peltiera, w którym prąd przepływający przez dwa rodzaje metalu powoduje, że jeden się nagrzewa, a drugi ochładza. Ale przepływ powietrza to wciąż najprostszy sposób na rozproszenie ciepła.
Ponieważ jesteśmy w stanie wziąć te EDF o dużej mocy i przeprojektować je, facet z centrum danych, wiedząc, że ma tę technologię, nie musi się martwić o modernizację swoich systemów chłodzenia za dwa lata. i za pięć lat zgraj i wymień, mówi Vinson. Dodaje: Nie sądzimy, że zabraknie nam miejsca na ulepszenie tej technologii.
Obraz na stronie głównej: Wentylator HP z kanałem elektrycznym w gotowej obudowie. (Dzięki uprzejmości Hewlett-Packard.)