단일 상 vs 2 상 침수 냉각

침수 냉각이란 무엇입니까?

간단한 용어로 설명하기 위해, 침수 냉각은 - 전도성 액체 (유전체라고도 함)에 하드웨어 (IT 랙 장비 장비)를 잠기면 차가운 공기를 순환시키기보다는 냉각하는 대신 냉각시켜 달성합니다. 액체는 냉각 열교환기를 통해 순환하여 저온을 유지합니다.

효율적인 열 관리를 추구 할 때, 특히 높은 - 전력 - 데이터 센터와 같은 밀도 응용 프로그램에서 몰입 냉각은 혁신적인 솔루션으로 등장했습니다. 변형 중 하나 인 단일 - 위상과 2 개의 - 위상 침수 냉각 기술이 눈에 띄며, 각각 고유 한 특성, 장점 및 제한 사항이 있습니다.

Single Phase vs Two Phase Immersion Cooling

핵심 작업 원리 : 열 전달의 근본적인 차이

단상 침수 냉각

단일 - 위상 침지 냉각 냉각에서 냉각수는 열 전달 공정 전반에 걸쳐 단일 (일반적으로 액체) 상태로 유지됩니다. 열은 주로 대류를 통해 핫 구성 요소 (예 : 데이터 센터의 서버)에서 냉각수로 전송됩니다. 이 대류를 주도하는 두 가지 일반적인 방법은 자연스럽고 강제입니다.

자연 대류 : 전자 성분이 주변 냉각수를 가열하면 성분 근처의 액체가 따뜻해집니다. 따뜻한 액체는 더 냉각기보다 밀도가 낮기 때문에 상승합니다. 그런 다음 주변의 냉각기 액체는 상승하는 따뜻한 액체를 교체하여 자연 순환 루프를 만듭니다. 예를 들어, 일부 낮은 - power - 밀도 응용 프로그램에서 단순성 인 자연 대류 - 기반 단일 - 위상 침수 냉각이 효과적 일 수 있습니다. 그러나, 자연 대류의 열 전달 속도는 온도 변화에 의한 밀도 차이에만 의존하기 때문에 상대적으로 낮다.

강제 대류 : 냉각 용량을 향상시키기 위해 펌프는 종종 단일 - 위상 침수 시스템으로 사용됩니다. 펌프는 냉각수가 구성 요소 주위에 더 빠르게 순환하도록 강요합니다. 냉각수 냉각수는 뜨거운 성분을 향해 밀고 열을 흡수 한 다음 열교환기로 향합니다. 여기서, 열은 2 차 냉각 배지, 전형적으로 물로 옮겨지고, 냉각 된 냉각수는 재순환된다. 이 방법은 자연 대류와 비교하여 열 전달 계수를 크게 증가시킬 수있어 많은 현대 데이터 센터와 같이 더 높은 열 하중이있는 응용 프로그램에 적합합니다.

single phase immersion cooling

2 상 침지 냉각

두 - 위상 침수 냉각은 열 전달 열의 전력을 하네스합니다. 이 시스템에 사용 된 냉각수는 비교적 끓는점이 상대적으로 낮습니다. 뜨거운 구성 요소가 냉각수에 가열하면 끓는점에 도달하여 기화를 시작합니다. 액체에서 증기로 의이 위상 변화는 기화의 잠열으로 알려진 다량의 열을 흡수합니다.

냉각수가 기화되면, 결과 증기는 인클로저의 상단으로 올라갑니다. 여기서는 응축기와 접촉하는데, 이는 일반적으로 2 차 냉각수 (예 : 물)에 의해 냉각됩니다. 증기는 액체로 다시 응축되어 기화 중에 흡수 된 잠열을 방출합니다. 응축 된 액체는 인클로저의 바닥으로 다시 배출되어 구성 요소에서 더 많은 열을 흡수하여 사이클을 완료 할 수 있습니다. 두 개의 - 위상 침수 냉각으로 잠재 열을 사용하면 매우 높은 열전달 속도가 매우 높아서 - 성능 컴퓨팅 클러스터 및 데이터 센터의 일부 고급 서버 설정과 같은 매우 높은 전력 밀도가 높은 응용 분야에 적합합니다.

two phase immersion cooling

시스템 구조 및 복잡성 : 단순성 대 복잡성

작업 원칙의 차이는 시스템 아키텍처를 직접 지시합니다.

단일 - 위상 시스템 :비교적 간단한 구조를 가지고 있습니다. 코어 구성 요소에는 탱크, 순환 펌프, 열교환 기 (CDU) 및 외부 드라이 쿨러가 포함됩니다. 폐쇄 된 유압 루프 시스템입니다. 위상 변화와 압력을 관리하는 데 어려움이 없으면 시스템이 더 안정적이며 설계 및 유지 보수가 더 간단합니다.

두 - 위상 시스템 :더 복잡합니다. 증기를 다시 액체로 바꾸려면 정확한 응축기 시스템을 포함해야합니다. 전체 탱크는 내부 압력 및 증기 균형을 관리하기 위해 밀폐되어 있어야하며, 더 높은 압력 등급과 밀봉 무결성이 필요하므로 설계 및 제조 비용이 증가합니다.

성능 및 효율성 : 다른 강점

둘 다 매우 효율적인 열 관리 솔루션이지만 다른 영역에서 탁월합니다.

단일 - 위상 시스템 :매우 안정적이고 예측 가능한 냉각 성능을 제공합니다. 냉각수의 끓는점이 높기 때문에 국부적 인 끓는 것을 피합니다. 열 전달은 유체의 비열 용량 및 유량에 따라 다릅니다. 흐름 설계 및 펌프 전력을 최적화함으로써, 구성 요소 온도는 이슬점 위에서 정확하게 제어 될 수 있으며, 응축의 위험을 완전히 제거합니다. 이로 인해 극한 온도 안정성을 요구하는 시나리오에 이상적입니다.

두 - 위상 시스템 :매우 짧은 기간 동안 즉각적이고 극한의 열유속을 처리 할 때 탁월합니다. 위상 변화 공정은 현명한 열보다 훨씬 더 많은 에너지 (잠재 열)를 흡수하여 칩에서 "버스트"열을 빠르게 제거 할 수 있습니다. 이론적으로, 그들은 Ultimate Chip - 레벨 냉각 제한에서 이점이 있습니다. 그러나, 그들의 시스템 안정성은 주변 조건 (예 : 응축기 수온)의 변화에 더 취약 할 수있다.

운영 및 비용 (OPEX) : 긴 - 용어 사용에 대한 주요 고려 사항

냉각수 손실 :

단일 - 위상 시스템 : 거의 제로 손실을 경험하십시오. 높은 끓는점 냉각수는 변동성이 매우 낮습니다. 초기 충전 및 주기적 점검 만 있으면 운영 비용이 매우 낮습니다.

두 - 위상 시스템 : 연속적인 경미한 손실을 경험하십시오. 탱크가 밀봉되어 있지만, 낮은 - 비등 - 포인트 냉각수는 쉽게 증발하고 뚜껑이 열릴 때 유지 보수 중에 손실됩니다. 이를 위해서는 전문화 된 높은 - 비용 유체가있는주기적이고 비싼 상단 - UPS가 필요합니다.

유지 보수 편의성 :

단일 - 위상 시스템 : 명확한 이점을 제공합니다. 서버는 최소한의 떨어지면서 유지 보수를 위해 욕조에서 직접 들어 올릴 수 있습니다. 유체는 청소하기 쉽고 시스템 구성 요소는 종종 표준 산업 부품이므로 유지 보수가 기술적으로 덜 까다로워집니다.

두 개의 - 위상 시스템 : 더 번거로운 유지 보수가 필요합니다. 탱크를 열면 유체 증발이 심각 해져 비용이 증가하고 잠재적 인 환경 문제가 발생합니다. 시스템 복잡성은 종종 서비스를 위해보다 전문화 된 기술자가 필요합니다.

선택하는 방법?

특징	단상 침수 냉각	2 상 침지 냉각
작업 원칙	액체 상당한 열, 위상 변화가 없습니다	액체 잠복 열, 기화 - 응축 위상 변화를 사용합니다
시스템 복잡성	낮고 간단한 아키텍처, 유지 보수가 쉬운	높음, 응축기, 높은 밀봉 요구 사항이 필요합니다
냉각 성능	안정적이고 제어 가능하며 예측 가능	우수한 과도 열 핸들링, 열 충격에 더 좋습니다
냉각수 손실	매우 낮/없음, 낮은 OPEX	지속적인 손실, 높은 리필 비용
유지	매우 편리한 서버는 서비스가 쉽습니다	복잡한 유지 보수는 유체 손실로 이어집니다
이상적인 응용 프로그램	데이터 센터, AI 컴퓨팅, 에지 컴퓨팅, 에너지 저장 - 대규모 - 스케일 배포 우선 순위 안정성, 안정성, 낮은 TCO	슈퍼 컴퓨팅, 극단적 인 HPC 칩 - 궁극적 인 피크 성능을 추구하는 틈새 프론티어 도메인

높은 신뢰성, 낮은 총 소유 비용 (TCO) 및 대규모 - 스케일 배포 및 일일 운영의 용이성을 원하는 대다수의 엔터프라이즈 고객의 경우 단일 - 위상 몰입 냉각은 더 성숙하고 경제적이며 실제적인 선택입니다. 그것은 산업 타당성과 극단적 인 냉각 성능을 완벽하게 균형을 유지합니다.

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