24.08.2016, СР, 14:42, Мск

От правильного выбора системы охлаждения ЦОДа напрямую зависит его ключевая характеристика – надежность. Существует несколько способов отвода тепла из дата-центра, но мы рассмотрим только два наиболее распространенных из них – это «фреоновые кондиционеры» (с воздушным охлаждением) и «водяные кондиционеры» (получающие холод от чиллеров). Итак, «фреон» или «вода»?

Как и любая сложная техническая область, тема теплоотвода в ЦОДах обросла большим количеством мифов и предубеждений.

Первая группа мифов говорит о том, что «вода представляет опасность для ИТ-оборудования».

Миф 1: водяное охлаждение – это когда вода внутри сервера

Это не совсем верно: существуют серверные платформы с прямым охлаждением при помощи воды, но это пока экзотика. Наиболее распространенный способ отвода тепла от ИТ-оборудования – при помощи принудительно прогоняемого через его радиаторы воздуха. Описанные выше способы отвода тепла описывают процесс на уровне ЦОДа в целом, а не на уровне единиц ИТ-оборудования.

Миф 2: вода в серверном помещении – это недопустимый риск

Существует множество технических решений по недопущению попадания воды в ИТ-оборудование при протечке. Для этого надо проработать возможные сценарии аварий и принять соответствующие проектные решения.

Вторая группа мифов: водяная система очень дорогая и сложная в эксплуатации, а фреоновая привычнее и эффективнее.

Миф 3: водяная система – это слишком сложно и дорого

Необходимо рассматривать конкретные случаи. Возможна ситуация, когда наоборот – фреоновая система будет слишком сложной и дорогой, особенно если рассматривать не только строительство ЦОД, но и его обслуживание.

Миф 4: водяное охлаждение – это для больших ЦОДов

Да, у вас может быть обычная серверная комната на 20 стоек. Но необходимо произвести оценку, ведь может оказаться, что для этой серверной потребуются 20 отдельных фреоновых кондиционеров, поэтому водяная система будет выгоднее при эксплуатации.

Третья группа мифов порождена незнанием устройства систем охлаждения.

Миф 5: водяная система питается от магистрали водоснабжения

Нет, водяные системы питаются от чиллера специально подготовленной очищенной охлажденной водой или водно-гликолевой смесью с добавлением ингибиторов коррозии.

Миф 6: можно использовать бытовой фреоновый кондиционер

Идея «дуть на оборудование холодом» от бытового кондиционера – следствие неправильного понимания задачи. Необходимо не просто подавать охлажденный воздух на оборудование, а отводить избыточное тепло, чтобы обеспечить соответствующие температурные условия эксплуатации. При этом охлажденный воздух выступает всего лишь в роли теплоносителя для перемещения определенного количества теплоты из помещения ЦОДа на улицу. Как известно из школьного курса физики, количество теплоты равняется удельной теплоемкости, помноженной на массу вещества и на разницу температур до нагрева и после нагрева. Если масса вещества (объем подаваемого из кондиционера воздуха) будет значительно меньше необходимого, то не спасет даже понижение температуры воздуха. Бытовые кондиционеры имеют в несколько раз меньшую производительность подачи воздуха, чем прецизионные. К этому можно добавить, что часть их мощности тратится на осушение воздуха (для создания комфортных условий для человека) и что они имеют малый ресурс (не предназначены для постоянной работы круглые сутки во все времена года).

Нам, людям третьего тысячелетия, ни к чему прозябать среди мифов и заблуждений. Мы можем оценить ситуацию в свете знаний. Ограничимся основными свойствами обоих вариантов, и рассмотрим их более внимательно.

Преимущества фреоновых систем

Относительная простота системы

По сути, фреоновый кондиционер, как и домашняя сплит-система, состоит из двух половинок: собственно кондиционера, устанавливаемого в охлаждаемом помещении, и внешнего блока, который размещается на улице. Обычно в самом кондиционере расположены вентиляторы, охлаждающий воздух теплообменник (испаритель), компрессор и управляющая электроника. Дополнительно в кондиционере могут быть пароувлажнитель, поднимающий влажность воздуха до требуемой, воздушные фильтры, и т. д. Внешний блок прецизионного кондиционера устроен совсем просто: только теплообменник, отдающий тепло в окружающий его воздух, вентилятор, и автоматика, этим вентилятором управляющая.

Соединяются кондиционер и его внешний блок парой медных трубок небольшого диаметра (обычно 15-20 миллиметров, редко больше), которые могут быть проложены даже в стесненных условиях.

Длительность монтажа одного кондиционера обычно не превышает двух-трех дней. Вне зависимости от мощности кондиционера принцип его действия не изменяется: и маленький потолочный аппарат на 7 кВт, и огромная 200-киловаттная машина устроены, в принципе, одинаково.

Полная независимость кондиционеров друг от друга

Если нужны несколько кондиционеров, они устанавливаются как независимые друг от друга агрегаты. Каждому кондиционеру – свой внешний блок с отдельными трубопроводами. Из этого свойства вытекают следующие дополнительные преимущества. Первое – высокая надежность резервированной системы: у нескольких кондиционеров, работающих в одном помещении, нет общих узлов и блоков, они полностью независимы, и, значит, нет единой точки отказа. Выход из строя одного кондиционера никак не влияет на работу остальных. Второе преимущество – простота расширения системы: во многих случаях для увеличения производительности системы в целом можно просто установить в этом же помещении еще один кондиционер.

Меньше начальные капитальные вложения

Как справедливый итог вышеперечисленных (и многих других) объективных свойств, фреоновая система оказывается и в закупке, и в монтаже, и в пуско-наладочных работах значительно (иногда – в два-три раза) дешевле, чем водяная с аналогичной производительностью. Простота прокладки медных труб и установки внешнего блока, полная независимость кондиционеров друг от друга и несложная процедура пусконаладки позволяют разворачивать системы охлаждения достаточно оперативно и сравнительно недорого.

Недостатки фреоновых систем

Сравнительно малая допустимая энергетическая плотность ЦОД

К сожалению, «удельная мощность одного кондиционера» получается не очень большой. Особенно, если рассматривать самый эффективный и популярный в настоящее время конструктив: компактные внутрирядные кондиционеры, устанавливаемые в рядах с серверными шкафами. Мощность в 15-20 кВт для корпуса шириной 600 мм (размером как обычный серверный шкаф) и не более 10-12 кВт для компактного 300-миллиметрового корпуса – практически предел для фреоновых машин. Есть отдельные экземпляры, мощность которых немного выше «средней по рынку», но это достигается уплотнением внутренней компоновки, как следствие – снижением ремонтопригодности аппарата.

В итоге высокая мощность системы может быть достигнута только установкой большого количества кондиционеров: каждый со своим внешним блоком, со своими трубопроводами… В следствие этого использование фреоновых кондиционеров в ЦОД средней плотности, с удельной нагрузкой на стойку от 7 до 10 кВт, представляется затруднительным, а при удельной нагрузке в 15 кВт и более – почти невозможным.

Каждому внутреннему блоку должен соответствовать отдельный внешний блок

Классический случай, когда достоинство оборачивается недостатком, переходя из количества в новое, но уже негативное, качество. Попробуйте представить, как будет выглядеть фасад вашего здания, если на нем повесить десять-пятнадцать внешних блоков (размер каждого, например, полтора на два метра). А шахта с тремя десятками труб? Комментарии к этой картине, пожалуй, излишни. Попытками «оптимизации» можно только усугубить проблему: существуют довольно жесткие ограничения по расстоянию от кондиционера до его внешнего блока. Типичное ограничение по длине трубок составляет 30-40 метров, редко больше, причем считается не настоящая длина, а «эквивалентная»: с учетом всех изгибов и поворотов. Поэтому равномерно распределить внешние блоки по большой площади не получится: они все равно будут создавать «толпу» около машинного зала ЦОДа.

Малая гибкость системы

В варианте охлаждения с подачей воздуха через фальшпол мощность одного кондиционера может достигать величин в 200 и более кВт, это уже довольно крупный агрегат, размером в несколько метров и весом в пару-тройку тонн. С мощностью порядок, но как ее регулировать? У фреоновой холодильной машины есть такой параметр, как минимальная нагрузка: если 100-киловаттный кондиционер заставить удалять из ЦОД всего 5 кВт тепла, то он просто не справится с этой задачей. Слишком маленькая тепловая нагрузка не сможет испарять то количество фреона, которое достаточно для нормальной работы цикла работы холодильной машины. Производители идут на разные ухищрения, чтобы побороть эту проблему, например, оснащают кондиционеры встроенными нагревателями, которые «донагружают» кондиционер дополнительным теплом. Получается абсурдная ситуация: чтобы охладить воздух – надо сначала нагреть воздух, потратив электричество не только на охлаждение, но и на нагрев. Что подводит нас к следующему недостатку фреоновых систем.

Низкая энергоэффективность

Грубо говоря – КПД любого кондиционера составляет 200 и более процентов: для того чтобы «сдуть» с оборудования, например, 100 кВт тепла, кондиционер потребляет от сети не более 50 кВт электричества, а зачастую и еще меньше. Однако на практике все не так хорошо: с учетом проблем регулирования мощности и некоторых «накладных расходов» на охлаждение оборудования фреоновыми кондиционерами вы потратите почти столько же электроэнергии, сколько потребляет само охлаждаемое оборудование. Но, как говорят в «магазине на диване», и это еще не все. Если мы попробуем построить график потребляемого тока во времени, то мы увидим, что электричество потребляется непостоянно, и неравномерно. На графике будут периоды времени, когда потребление мало (в эти моменты времени работают только вентиляторы, а фреоновый компрессор простаивает). Также на графике мы увидим периоды с «нормальным» энергопотреблением (работают и вентиляторы, и компрессор).

Кроме того, на графике будут кратковременные, но очень неприятные моменты с резкими и значительными бросками потребляемого тока. Это моменты включения компрессора после простоя, и броски эти называются «пусковой ток». Величина пускового тока обычно очень ощутима, и превышает номинальное значение в 10-15 раз. Это означает, что все составляющие в системе электропитания кондиционера должны выдерживать кратковременную, но значительную перегрузку. Например, если кондиционер питается от источника бесперебойного питания – этот ИБП должен выдержать перегрузку в 1000% в течение 5-15 секунд. Таких ИБП, к сожалению, не бывает, и для обеспечения работоспособности всей системы приходится использовать заведомо более мощный (переразмеренный) ИБП, который стоит «переразмеренных» денег. То есть фреоновая система предъявляет особые требования к смежной системе, значительно удорожая ее.

Отсутствие фрикулинга

Кроме того, что фреоновый кондиционер потребляет много электроэнергии – следует отметить тот факт, что он потребляет ее постоянно. Круглый год. А если на улице зима и кругом полным-полно «бесплатного» холодного воздуха – фреоновый кондиционер может потреблять еще больше электричества, потому что он вынужден подогревать свой внешний блок, «чтобы не замерз». Увы, нет никаких возможностей для экономии за счет природы.

Сложности ремонта

И о ремонте. Если из трубы капает вода, то труба обычно мокрая, а под трубой лужа. Это очень упрощает поиск места протечки: где лужа – там и течет. Фреон же течет только при давлении в десятки атмосфер, поэтому при малейшем повреждении трубы он просто незримо улетучивается. Поиск места протечки – занятие нетривиальное и занимает много времени. Для восстановления работы системы во многих случаях требуются остановка кондиционера, удаление хладагента и полная перезаправка после ремонта.

Преимущества водяных систем

Рассмотрев фреоновые кондиционеры, обратим свой взгляд на более сложный и дорогой вариант: водяную систему. Здесь уже трудно говорить об отдельных кондиционерах (представить себе одинокий водяной кондиционер можно, но сложно), будем рассматривать систему из нескольких аппаратов, работающих сообща. Начнем опять с преимуществ.

Фрикулинг и энергоэффективность

Основная причина существования водяных кондиционеров в ЦОДе – это, конечно же, высокая экономическая эффективность, обусловленная как высокой эффективностью системы в целом, так и возможностью «бесплатного» использования «уличного холода» в течение нескольких месяцев в году. В условиях средней полосы России даже типовая система с водяными кондиционерами, работающая в «обычном» температурном режиме и не «заточенная» специально под высокую энергоэффективность, позволяет «бесплатно» охлаждать ИТ-оборудование в течение 4-5 месяцев (когда температура воздуха на улице отрицательная). С применением некоторых технологических хитростей период работы фрикулинга можно увеличить до 7-8 месяцев. Потребление электроэнергии системой кондиционирования в режиме фрикулинга крайне невелико. Например, 100-киловаттная система будет потреблять около 1 кВт на насосы, перекачивающие теплоноситель, приблизительно 3 кВт на вентиляторы, обдувающие теплообменник на улице, и около 12 кВт съедят вентиляторы в кондиционерах. Итого, «условный КПД» составляет приблизительно 600%, а не 200, как у фреоновых систем.

Большая допустимая энергетическая плотность ЦОДа

В отличие от фреонового кондиционера, водяной устроен очень просто: у него внутри нет ни компрессора, ни сложной системы регулирования давления рабочего вещества, ни множества трубок и клапанов… По сути своей, водяной кондиционер – это просто теплообменник с вентиляторами, прокачивающими через него воздух. Освободившееся от сложной начинки место не пропадает даром: его занимает теплообменник, который заметно больше, чем во фреоновом аппарате. А чем больше теплообменник, тем мощнее кондиционер, при прочих равных. То есть в том же размере. Современный внутрирядный водяной кондиционер мощностью 60 кВт может быть собран в корпусе размером в половину серверного шкафа: шириной 300 мм. Благодаря такой компактности и высокой «удельной мощности» водяные кондиционеры позволяют строить «энергетически высокоплотные» ЦОДы с удельной нагрузкой на серверный шкаф в 15-20 кВт и выше, не занимая кондиционерами места больше, чем ИТ-оборудованием.

Возможность выбора

Вспомним, что является источником холода для водяного кондиционера: очень обобщенно говоря – это «труба с холодной водой» (кстати, хоть мы и говорим «вода», в нашем климате под этим словом обычно подразумевается незамерзающая смесь, антифриз). Если система построена правильно, от потребления воды одним аппаратом работа всех остальных кондиционеров никак не зависит. Следствием этого является принципиальная возможность организовать систему таким образом, чтобы «на одной трубе сидели» и мощные кондиционеры для машинного зала ЦОД, и менее производительные кондиционеры для зоны ИБП, и совсем небольшие аппараты для вспомогательных помещений – таких, как электрощитовая, коммутационная, и т. п.

Небольшое количество «внешних блоков»

А откуда в этой трубе, собственно, появляется холодная вода? Воду охлаждает холодильная машина, «чиллер». По принципу действия чиллер очень похож на фреоновый кондиционер, только охлаждает он не воздух, а жидкий теплоноситель. А сколько должно быть в системе чиллеров? Сколько угодно, начиная от одного. Да-да, если мощность холодильной машины достаточна для работы всех кондиционеров, то машина может быть всего одна на любое число кондиционеров. Правда, обычно чиллеров все-таки несколько. Это делается для повышения гибкости, надежности и обеспечения поэтапного развития системы. Но два, три, пять чиллеров – это не десяток, два, или более внешних блоков. ЦОД не похож на елку, увешанную игрушками – и это хорошо.

Нет ограничений по удалению чиллеров от кондиционеров

Одна из проблем фреонового кондиционера – это небольшое расстояние от кондиционера до его внешнего блока. А как далеко можно установить чиллер? Все определяется только производительностью насоса, перекачивающего теплоноситель, и «потерями холода» (нагревом воды «по дороге» от чиллера к кондиционерам) из-за неидеальной теплоизоляции. Но это преодолеваемые сложности, поэтому вполне возможна установка холодильных машин на кровле многоэтажного здания, в дальнем углу территории, и в любом другом удобном месте. Встречаются здания, в которых фреоновые кондиционеры установить в принципе нельзя, а водяные системы в таких условиях вполне работоспособны.

Простое обнаружение протечек и оперативный ремонт магистралей

Как можно обнаружить, что вода уходит из трубы? По падению давления в системе. А как найти место утечки? Визуально! В большинстве случаев не нужны приборы – течеискатели, нет необходимости отключать систему и проводить длительный поиск места утечки. Более того, при наличии оборудования аварийной подпитки водяная система кондиционирования при незначительных утечках может функционировать достаточно долго, чтобы ремонт из экстренного превратился в плановый. Методика ремонта, кстати, зависит от выбранного материала трубопроводов, и в некоторых случаях он возможен без отключения системы. А если предусмотреть резервные трубопроводы, то никакая протечка не станет губительной и не приведет к остановке ЦОДа. Да, в чиллере есть фреон, и он тоже может улетучиться. Но чиллер является комплектным устройством, которое приходит с завода заправленным фреоном и маслом, поэтому вероятность утечки не очень велика.

Недостатки водяных систем

Конечно же, ничего нельзя получить бесплатно. Даже если не упоминать такой недостаток водяной системы, как значительные капитальные затраты на первоначальном этапе (увы, стоимость оборудования и монтажных работ могут превышать аналогичные показатели для фреоновых систем в два и более раза), есть и другие проблемы. О которых конечно, нельзя не упомянуть.

Наличие воды в машинном зале ЦОД

На самом деле – вода в том или ином количестве присутствует в любом ЦОДе. Это и дренаж конденсата из кондиционеров, и отопление в смежных помещениях, есть также риск протечки крыши или водопровода, и т. д. Но в системе кондиционирования вода находится под давлением, которое хоть и невелико (обычно 2-3 атмосферы), но все-таки увеличивает риск протечки и ускоряет вытекание воды через поврежденный трубопровод. В ЦОДе с водяным кондиционированием обязательно нужно предусматривать дренаж воды из-под фальшпола и принимать усиленные меры по гидроизоляции перекрытий и даже стен.

Проблемы с работой на малой нагрузке

Чиллер является фреоновой холодильной машиной, и он, к сожалению, не избавлен от такого недостатка, как неспособность работать со слишком низкой нагрузкой. А поскольку чиллеры обычно довольно мощные – величина минимально допустимой тепловой нагрузки может быть весьма значительной. Поэтому новый ЦОД придется сразу нагружать хотя бы на 30% от мощности единичного чиллера… или запускать в работу осенью: в режиме фрикулинга проблем с минимальной мощностью нет.

Место для установки чиллеров

Обратной стороной малого числа чиллеров и их высокой мощности являются размер и вес. Фреоновый компрессор и вся его обвязка находятся не в кондиционере, а в чиллере, теплообменник для фрикулинга тоже частенько интегрирован в общий конструктив, в итоге даже 50-киловаттный агрегат весит почти полторы тонны. На стену такой агрегат не повесить – нужна площадка на земле либо на крыше. На условный 100-киловаттный ЦОД таких чиллеров нужно три (третий – резервный), в итоге площадка будет размером как автостоянка на три машины и нагружена она будет тоже «на три машины» - почти на пять тонн.

Расширение ассортимента эксплуатируемого оборудования

Ну и, конечно, гидравлика. Насосы, теплообменники, запорная арматура – все это приведет к тому, что в штате ЦОД кроме электрика, дизелиста, и холодильщика придется завести еще и сантеника-гидравлика. Кстати, все трубы придется делать сразу, и на полную мощность, каким бы ни был первый пусковой комплекс.

Как выбирать

Что же в итоге выбрать, «воду» или «фреон»? Поскольку это инженерная задача, ее следует решать, учитывая все параметры строящегося объекта. Вот экспертное мнение: для каждого из реальных случаев существует оптимальное решение, и нет единого рецепта для всех, поэтому выбору архитектуры системы охлаждения необходимо уделять особое внимание, проводя вариантную проработку с обязательным привлечением специалистов. Предварительную оценку «за» и «против» можно сделать при помощи таблицы, приведенной в таблице.

Чеклист для определения вектора выбора технологии

Если ответов «да» получилось значительно больше, чем «нет», то вашему ЦОД вполне подойдет фреоновая система. Если ответов «нет» получилось больше, чем «да», рекомендуем присмотреться к водяной системе. Однако точный рецепт все-таки подскажет специалист, когда увидит ваш ЦОД «вживую», его помощью ни в коем случае пренебрегать не стоит.

Олег Сорокин,
эксперт по направлению ЦОД компании ICL-КПО ВС

Комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты
Процессор и видеокарту было решено охлаждать с помощью «фреонок», но места в корпусе оказалось не так много, чтобы разместить 2 системы, поэтому пришлось задуматься о системе на одном компрессоре с двумя испарителями. О том, что у меня получилось, вы можете прочитать в этой статье.
Теория фреонового охлаждения

Так как информации о фреоновом охлаждении в русскоязычном Интернете не очень много, то я кратко опишу основные понятия и принципы работы. Сразу замечу, что я не профессионал, никакого специального образования в данной области не имею и, всё чему научился — из форумов и статей. Поэтому кое в чём могу ошибаться. Итак, приступим!

Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент (рефрижерант, фреон). Все части образуют замкнутый контур, по которому движется фреон.

Капиллярная трубка разделяет контур на две области — область высокого давления и область низкого давления. Компрессор перекачивает газообразный фреон на сторону конденсера, создавая в этой области высокое давление. При высоком давлении фреон начинает отдавать тепло и переходить в жидкое состояние. Жидкий фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испарятся, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется.

Компрессор
От выбора компрессора будет зависеть производительность системы, поэтому нужно знать хотя бы некоторые характеристики герметических компрессоров.

• Мощность (л.с.). Подходят компрессоры от 1/8 до 1 л.с. Если неизвестна мощность в л.с., то желательно найти производительность в ваттах.
• Температурный режим. Компрессоры делятся на высокотемпературные (HBP-High Back Pressure), средне- (MBP-Medium Back Pressure) и низкотемпературные (LBP-Low Back Pressure). Иными словами, рассчитаны на работу в системе, которая обеспечивает определённую температуру. Так как в данном случае необходимо достичь минимальной температуры, то больше всего подходят низкотемпературные компрессоры.
• Тип хладагента. Компрессоры изготовляются с расчётом на определённый тип фреона — разныё типы требуют разного давления. В зависимости от типа фреона в компрессорах используется разное масло.

Конденсер
Конденсер — это тот же радиатор, изготовленный с расчётом на более высокие давления. Так как для данной системы важен размер, то конденсер должен быть как можно меньше и при этом обдуваться вентилятором.

Фильтр/драер

Как следует из названия, драер фильтрует входящую жидкость от влаги, частиц и пыли, предотвращая забивание капиллярной трубки и выхода из строя компрессора.

Испаритель

Испаритель — это обычно медный блок с испаряющимся фреоном. Испаритель крепится к процессору и забирает от него тепло. Конструкция испарителя имеет много общего с тем же водоблоком — нужно попытаться достичь максимального внутреннего объема и испарения фреона прямо над ядром процессора.

Xладагент

Все охладители идентифицируются буквой R (refrigerant) и порядковым номером. Основное различие между хладагентами состоит в температуре перехода из жидкого состояния в газ.
Вот только некоторые, подходящие для использования в данном случае — R134а, R22, R12, R404а, R507. Также следует учитывать цену — некоторые низкотемпературные хладагенты достаточно дорогие для экспериментов.
У меня был выбор между хладагентами R134а и R290. Я остановился на R290 из-за более низкой температуры кипения.

Капиллярная трубка

Капиллярная трубка не единственное устройство, обеспечивающее разделение системы на две области (работоспособность системы), но она является наиболее надёжным типом трубок. С одной стороны лучше найти капиллярную трубку малого внутреннего диаметра (потребуется меньшая длина), но при этом увеличиваются шансы забивания ее частицами. Чтобы предотвратить это нужно обязательно ставить фильтр перед капилляром. Я использую трубку с внутренним диаметром 0.7мм.

Для сборки фреонки кроме обычного инструмента понадобится:

• пропановый паяльник, а лучше ацетиленовый или с IMAPP GAS;
• обычный припой, оловянный не подходит. Лучше найти с 15% (или более) содержанием серебра;
• манометры — один из обязательных аксессуаров при настройке системы, так как необходимо следить за давлением на обеих сторонах контура;
• инструмент для резки и изгиба медных трубок;
• вакуумный насос — если нет специального насоса (они обычно достаточно дорогие) можно использовать другой компрессор для создания вакуума в системе;
• теплоизолирующий материал — пенорезина и пенорукава для того чтобы не допустить выпадение конденсата.
• течеискатель — желательно, если вы хотите собрать герметичную систему с первой-второй попытки, а не с десятой (прим. LaikrodiZ)

В данной системе я использовал такие компоненты:

• компрессор Embraco EMI100hlc мощностью 1 л.с.
• конденсер — перепаянный из автомобильного
• фильтр
• испарители — так как у меня нет возможности сделать испаритель самому, то пришлось покупать. Выбор был не большой — Baker’s CPU evaporator и Baker’s GPU Evaporator.
• всасывающая трубка — можно использовать и медную, но желательно, чтобы она была гибкая. Поэтому я купил трубки из нержавеющей стали, которые используются для подключения газовых плит. (Трубка должна держать давление как минимум 10 атмосфер и оставаться гибкой при температурах около -50 по цельсию! Уточните перед покупкой так как не все газовые шланги держат такие давления и температуры — прим. LaikrodiZ)

Вот как выглядит эта часть контура вместе (в самом конце работы над проектом я немного изменил разделитель):

Корпус я взял, серверный Yeong Yang Cube Server Case YY-0221. Для отвода тепла от конденсера сначала пришлось сделать жалюзи в верхней крышке:

Затем все компоненты крепятся внутри и паяется контур:

После пайки систему нужно проверить на герметичность, вакуум и высокое давление.

Трубки изолировались специальным поролоном, испарители я поместил в пластмассовые корпуса (части пластиковых бутылок) и залил монтажной пеной.

После готовности контура, пришло время подумать о системе контроля «фреонки». Я не смог найти контроллер подобный тому, что используется в Prometeia, поэтому все пришлось собирать по частям.

Для того чтобы включать компьютер и фреонку вместе, я купил такой Relay Switch. В инструкции он описывался как устройство для запуска насоса водянок:

Но, конечно, запускать компьютер при разогнанной системе пока температура на испарителях не упадёт — не очень хорошая идея, поэтому была куплена ещё одна схема — CPU Delay Timer Kit.

Он позволяет задержать загрузку компьютера (при этом вентиляторы в системе работают). Время перед загрузкой выставляется от 1 секунды до 1часа.

Для вывода информации о состоянии системы используется LCD-дисплей Matrix Orbital LK204-24-USB. Из основных характеристик стоит выделить:

• USB интерфейс;
• подключение до 6 температурных датчиков;
• подключение до 6 вентиляторов (PWM Mode);
• возможность подключать LED’s, неонки и другие подобные устройства;
• всё контролируется программно, я использовал программу LCDC.

Вот как выглядит собранная система:

Два датчика температуры закреплены на испарителях

Конфигурация:

• AthlonXP 2500+ “Barton”
• Abit NF-7 Rev 2.0
• Geil Golden Dragon 2x256Mb PC3500 DDR
• Radeon 9700 PRO

Сначала я протестировал систему без нагрузки. Результат: температура на обоих испарителях опустилась до -51С. Без разгона температура держалась на уровне -43С для видео и -44С для ЦПУ:

Максимальная частота, на которой система работает стабильно (проходит все тесты):

Процессор: 2630MHz (219x12)@2.1V
Видеокарта: 400/680 (core/memory), без вольтмодов

При этом температура на испарителях держится -35-36С без нагрузки и опускается до -34С при загрузке системы. Подсокетный датчик показывает температуру на процессоре +11С, которая при нагрузке поднимается до +16С.

Данная система имеет свои плюсы и минусы.

Сначала о недостатках:

• производительность фреонки с двумя испарителями ниже, чем при использовании двух отдельных контуров;
• в корпусе осталось очень мало свободного места (один 5.25" отсек и возможность разместить не больше двух HDD);
• испаритель видеокарты закрывает несколько PCI слотов, свободными остаются всего 2, в остальных можно использовать только низкопрофильные карты.

Плюсы:

• комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты с возможностью работы в режиме 24/7;
• низкий шум при работе системы;
• эстетичность;
• полный контроль состояния системы;
• наибольшим плюсом является компактность (all-in-one дизайн), ради этого и затевался данный проект.

Надеюсь, данный материал поможет тем, кто интересуется «фреонками» начать свои собственные проекты.

Думаем, никто не будет спорить с тем, что качественное охлаждение для видеокарты является одним из главных залогов ее долговечности и производительности. 3D-ускоритель - самый "горячий" компонент современного персонального компьютера. С развитием технологий появляются современные видеокарты, способные работать с самыми требовательными программами и играми. Однако с ростом производительности увеличивается и их энергопотребление, а также тепловыделение. Рассмотрим же подробно охлаждение для видеокарт.

Введение

Для видеокарты уберегает от перегрева графический процессор ускорителя. Прошли те времена, когда нагрев компонентов системного блока практически отсутствовал. Постепенно для пользователя становятся нормальными те температуры, которые не так давно считались критическими. Недавно для нормального охлаждения видеокарты хватало лишь радиатора. Сегодня, конечно, есть еще ускорители, которые выделяют мало тепла, но и производительностью они похвастаться не в силах. Все чаще производители наделяют своих детищ массивными кулерами с несколькими вентиляторами и внушительным радиатором. Пользователи, которые выжимают из своего компьютера максимум, устанавливают не только охлаждение для видеокарт, но и для других компонентов. Нередко встречаются материнские платы с кулером, да и сами кейсы производитель стал поставлять с дополнительными вентиляторами. Лишними они уж точно не будут, учитывая температуры современных компонентов. Сейчас даже популярна программа для охлаждения видеокарты, которая снижает нагрузку на графическое ядро. Правда, эффективность утилит довольно низка.

Виды систем охлаждения

Как правило, система охлаждения для видеокарты представляет собой каркас, на который крепится радиатор и один или несколько вентиляторов. Производитель при этом нередко экономит на деталях. Исключением являются дорогие решения для выполнения сложных задач. Дешевое охлаждение для видеокарт неплохо сбивает температуру, но очень шумит. Есть, конечно, системы, которые бесшумны в работе и не теряют эффективность.

Сегодня производители кейсов предлагают модель, которая выполнена из алюминия. Все компоненты системного блока становятся более холодными, в их число входит видеокарта. Пассивно охлаждение, при котором используется обычный радиатор, в чем-то схоже с этой системой.

Фреоновое охлаждение

Видеокарты с пассивным охлаждением уходят в прошлое, но не многие пользователи хотят променять работу в тишине на хорошую производительность системы с ревом кулера. Компании нашли выход - фреоновое охлаждение. Стоит сказать, что оно поставляется в составе некоторых системных блоков, а не видеокарт. Само собой, такие кейсы стоят дороже, чем обычные представители. При этом вентилятор охлаждения видеокарты и радиатор может использоваться дополнительно.

Фреоновая система охлаждения для неопытного пользователя кажется очень сложной и непонятной. На самом же деле, здесь все довольно просто. Применяется замкнутый контур, в котором находится газ (фреон). В процессе эксплуатации он переходит из одного агрегатного состояния в другое, охлаждая, таким образом, площадку, к которой подсоединен. Для любителей подобных систем весь процесс рассмотрим подробнее.

Первым делом фреон, находясь в жидком, охлажденном состоянии и низком давлении, поступает к контактной площадке. Затем он переходит в газообразное состояние, чему способствует выделяемое тепло. В составе системы есть небольшой компрессор, который поднимает давление в трубках, но фреон еще не перешел в жидкое состояние. Для этого используется вентилятор и небольшой радиатор, который понижают температуру фреона. Впоследствии происходит конденсация и превращение в жидкость. Заключением цикла становится проход фреона через клапан, где падает его давление. Подобная система служит не только, как охлаждение видеокарт Nvidia и Radeon, но и используется в холодильниках.

Система неплоха, но работает с некоторыми оговорками, которые отталкивают многих пользователей от покупки. Функционировать фреоновое охлаждение может не с каждым процессором, а лишь с моделями, энергопотребление которых выше 75 Вт. Причиной этому то, что при слишком низком выделении тепла может образовываться конденсат, который на пользу компонентов системного блока точно не пойдет. Подойдет, как отличное охлаждение видеокарт Radeon, славящихся своим тепловыделением.

для видеокарты

Сегодня популярным способом охлаждения стали жидкостные системы. Устроена подобная система довольно просто. Используется несколько трубок, по которым циркулирует жидкость (чаще всего вода). Контактируя с компонентами системами, производит отвод излишек тепла. Водяное охлаждение более эффективно, занимает меньше места в системном блоке, а также может похвастаться бесшумной работой. Этим системам отдают предпочтения звуковые студии, которым важна тишина. Не жалеют денег и любители современных видеоигр, дабы получить максимальную производительность. Кстати, подобные системы используются не только в персональных компьютерах. Чаще всего для охлаждения ядерных реакторов используется жидкостный теплоноситель. Большая часть двигателей автомобилей используют схожую систему.

Несмотря на стоимость, пользователи все чаще отдают предпочтение именно жидкостной системе. Отлично подойдет, как охлаждение видеокарты GTX-класса и схожих моделей.

Процесс работы

Вообще, какая бы то ни была система охлаждения, используется один общий принцип - тепло от более горячего тела переносится к более холодному. Первым выступает видеокарта или процессор, вторым - радиатор. Рано или поздно происходит прогрев охлаждаемого компонента до температуры радиатора. В этом случае их температуры становятся равны, а отвод тепла прекращается, что может вызвать перегрев.

Чтобы не случилось перегрева компонента, организуется подвод охлаждающего вещества. Его принято называть хладагентом или теплоносителем. В активной системе, которая выполняет, например, охлаждение видеокарты R9 (да и многих других), хладагентом является воздух. В других системах может применяться газ или жидкость.

Понятное дело, что в обычной комнате воздуха достаточно для нормального охлаждения. Однако серверные комнаты этим похвастаться не могут. В небольшом помещении собрано огромное количество техники, которая греется, поэтому приходится осуществлять дополнительную вентиляцию.

Существует ряд механизмов отвода тепла от нагреваемого объекта.

• Теплопроводность. Способность вещества проводить тепло внутри своего объема. Самый распространенный механизм, используемый в современных системах охлаждения. В этом случае создается контакт некого вещества с компонентом, который подвергается охлаждению. Как несложно догадаться, лучшим теплопроводником являются металлы. На основе их изготавливаются теплообменники и радиаторы кулеров. Лучше всего проводимость обеспечивается серебром, на втором месте - медь, а затем - алюминий. Чаще всего производители применяют медь. Алюминий используется в самых дешевых системах охлаждениях.
• Конвективный теплообмен с хладагентом. Для обеспечения механизма необходимо обеспечить хорошую циркуляцию воздуха внутри кейса. Поэтому рекомендуется использовать свободные системные блоки, в которых можно на удалении друг от друга располагать компоненты. Нежелательно размещать кейс рядом с источниками тепла.
• Механизм, показатели которого ничтожны в системах охлаждения.

Обратная сторона медали

Прочитав выше представленный материал, пользователь подумает: сложного ничего нет - достаточно взять побольше радиатор, да организовать хороший поток воздуха. Это, конечно, все так. Но есть еще два фактора: стоимость и шум. Цена на системы охлаждения растет с развитием графических ускорителей, которым требуется все больше энергии. В результате этого растет и тепловыделение. Как несложно догадаться, чтобы отводить все тепло, нужны более габаритные радиаторы и целый набор вентиляторов. Чем больше система охлаждения, тем больше необходимо материалов для ее изготовления. От этого напрямую зависит ее цена.

Как правило, имеют алюминиевые радиаторы и один вентилятор. Такие системы работают довольно эффективно, но создают много шума. Конечно, более дорогие модели получают более эффективную систему, которая может похвастаться тихой работой, а ведь именно от этого зависит комфорт пользователя.

Наиболее бесшумно работает жидкостное охлаждение. Однако оно стоит довольно дорого, поэтому его установка целесообразна лишь в дорогие системы. Со временем такие системы, конечно же, будут получать большее распространение и доступную стоимость. Возможно, даже смогут вытеснить привычные кулеры на второй план. И все же, говорить об этом пока рановато. Поэтому рассмотрим самые интересные системы охлаждения, которые заслужили популярность среди пользователей.

Aerocool VM-102

Начнем, пожалуй, с модели, которая предназначена для бюджетного сегмента видеокарт с низким потреблением и тепловыделением. Представляет он собой массивный радиатор, основой которого является алюминий. Отдельным слоем присутствует и медь для более эффективного охлаждения. Имеются две трубки. Конечно, охладить игровую видеокарту, несмотря на свою массивность, радиатор не сможет. А вот с низшим классом адаптеров неплохо справляется, обеспечивая комфортную работу в тишине. Перед приобретением следует убедиться в том, что он влезет в кейс, и не будет мешать другим компонентам.

Arctic Cooling NV Silencer 5 rev.2.0

Перейдем к более эффективным системам. Arctic Cooling NV разработан компанией из Швейцарии, которая славится тихими и качественными кулерами. Модель появилась в продаже довольно давно, и позиционировалась в качестве решения для GT. Изначально предполагалось, что будет использоваться только с продукцией "зеленых". Однако пользователи выяснили, что Arctic Cooling NV отлично крепится и на многие адаптеры от AMD.

Выполнена система довольно типично. В основании используется медь, на которой размещены ребра радиатора из алюминия. Корпус воздуховода изготовлен из пластика. Выводить теплый воздух за пределы кейса приходится довольно большому кулеру. Arctic Cooling NV обеспечивает довольно неплохое охлаждение, но, как и многие собратья, не выделяется тихой работой.

Arctic Cooling Accelero X2

Достаточно оригинальное решение для видеокарт Radeon, а именно серии X1800-X1950. В качестве основания используется тонкая медная пластинка, от которой отходит две трубки. Они обеспечивают большую эффективность при охлаждении. из алюминия. Все это спрятано под пластиковым корпусом. На лицевой стороне расположен вентилятор турбинного типа. Существенным отличием от линейки Silencer является то, что Accelero не выводит воздух за пределы корпуса, а рассеивает его внутри.

Система охлаждения работает очень тихо даже на максимальных оборотах вентилятора. Неплохо кулер справляется и с отводом тепла от платы. Наверное, поэтому продукция швейцарской компании пользуется таким спросом у именитых производителей видеокарт.

Revoltec Graphic Freezer PRO

Габаритная и мощная система охлаждения. Основание выполнено из меди. От него отходит две трубки, которые призваны выводить тепло на радиатор, изготовленный из алюминия. Кожух выполнен из пластика, а в центре располагается большой вентилятор, который призван на огромных оборотах обдувать плату. Отлично охлаждает GeForce 7900 GS, но не способен справиться с X1950 XTX. На минимальных нагрузках работает довольно тихо, что обеспечивает комфортную работу в тишине. При серьезных нагрузках звук кулера становится очень даже громким. Особенно это заметно, если использовать систему охлаждения с видеокартами, у которых высокое тепловыделение.

Thermaltake Schooner

Внешний вид модели напоминает типичную пассивную систему охлаждения. Однако Thermaltake Schooner имеет некоторые особенность. От радиатора выходят две тепловые трубки, на конце которых есть небольшая Такая конструкция обеспечивает лучший вывод тепла в плохо вентилируемом кейсе. Также, стоит отметить, сборку, которая предусматривает соединение тепловых трубок специальными пластинами. Работает система следующим образом: трубки забирают тепло, передают его на медную пластину и только после этого на главный радиатор. По всей видимости, многоступенчатая конструкция, позволяет добиться наибольшей эффективности. Само собой, отличается тихой работой.

Zalman VF700-Cu

Одна из самых известных систем охлаждения, которая получила массу копий от китайских разработчиков. Уже корпус привлекает внимание покупателя. Выполнен он в необычной форме, которая нацелена не столь на красоту, сколько на эффективность. Радиатор представлен медными ребрами, которые отходят от центра к краям. Внешне он напоминает веер. Обдувается система довольно большим вентилятором. Несмотря на год выпуска, со счетов ее списывать рано. Неплохо охлаждает даже адаптеры с высоким тепловыделением. Отличается довольно низким уровнем шума. Неплохая сборка и низкая цена делает ее главным претендентом для приобретения в бюджетном сегменте.

От редактора (ALT-F13): Так уж получилось, что статью мы смогли опубликовать аж через два месяца после ее написания. За это время автор не сидел, сложа руки, а двигался дальше в сторону более экстремального охлаждения. Сейчас Steff занимается сборкой самодельных phase-change direct-die систем, в просторечии - «фреонок». На момент написания этих строк, он продемонстрировал уже второй вариант своей системы. Впрочем, первый также прекрасно работал. Так что строки, с которых начинается текст этой статьи - «Экстремальными методами охлаждения компьютера я увлёкся совсем недавно, так что это - описание моего первого эксперимента в этой области» можно считать недействительными:)

Экстремальными методами охлаждения компьютера я увлёкся совсем недавно, так что это - описание моего первого эксперимента в этой области.

Водяное охлаждение я использовал на протяжении нескольких лет, но пришёл момент, когда захотелось большего. Можно было конечно купить готовую систему Asetek VapoChill или nVentiv Mach II (экс-Prometeia), но у фреонок есть свои недостатки. Во-первых это цена, во-вторых - способность охлаждать только один элемент системы. Для охлаждения, к примеру, видеокарты пришлось бы покупать еще одно устройство и серьезно заморачиваться с установкой.
Начинать свое знакомство с экстремальным охлаждением с постройки самодельной direct-die системы показалось мне достаточно сложной задачей, поэтому я выбрал другой путь.
Альтернативой direct-die охлаждения являются ватерчиллеры, то есть системы на базе водяного охлаждения с эффективным охлаждением хладагента, позволяющие достичь температур ниже окружающих.
Серийный ватерчиллер на сегодня есть только один, это достаточно неэффективная (около 0 градусов при загрузке 50-70Вт) и дорогостоящая ($330) система от Swiftech. Голландцы OC-Shop.com обещают начать продажи своего чиллера, но за последние полгода не слишком продвинулись к цели. Известна лишь цена продукта - 600 евро, что еще больше, нежели у продукта Swifttech.
По причине отсутствия эффективных серийных чиллеров, остаются два пути - сделать самому или купить чиллер, предназначенный для другого применения.
Существует два основных вида ватерчиллеров: на основе фазового перехода (phase-change) или с использованием модулей Пельтье. Первые представляют собой двухконтурную систему, где испаритель "фреонки" охлаждает хладагент в контуре жидкостного охлаждения. Во втором случае вода или другой хладагент проходит через ватерблок, охлаждаемый модулями Пельтье. Этот вид чиллеров компактнее и проще в изготовлении, но сильно проигрывает в температурах и соотношении "эффективность/потребляемая энергия". Так, 500Вт суммарной мощности модулей дают температуру жидкости чуть ниже нуля градусов при нагрузке около 100Вт...
Итак, решено - будем делать phase-change waterchiller с тремя охлаждаемыми элементами (процессор, северный мост, ядро видеокарты).

Компоненты системы

Проще всего собирать чиллер на базе бытового конциционера. Желательно найти кондиционер, который использует газ R22, а не R134а, так как R22 испаряется при низшей температуре. Для данных целей также подходит система от холодильника. Я использовал кондиционер 5000BTU, обычно в них устанавливаются компрессоры мощностью в 1/2 л.с.

В качестве резервуара подойдет любая ёмкость с теплоизоляцией, а в крайнем случае можно сделать самому. В моем случае - это изолированный бачок для холодной воды.

Главная головная боль тех, кто рискнул заниматься экстремальным охлаждением - теплоизоляция для предотвращения конденсата. Простых методов, описанных в статье "Теплоизоляция ватерблоков" перестанет хватать, если температура приблизится к нулю и ниже. Поэтому в ход пойдет "тяжелая артиллерия". Для теплообменников - монтажная пена-заполнитель и изолента, для трубок и шлангов - поролон с закрытыми порами. Обязательно использование диэлектрической смазки для мест установки ватерблоков (также можно использовать силиконовое покрытие, но его потом невозможно удалить с плат).

Собственно компоненты системы водяного охлаждения, ватерблоки и помпа. Мой комплект состоит из PolarFlo CPU waterblock, Danger Den Z-Chip block, Swiftech MCW50 VGA block и помпы Rio Aqua 1400.

Следующий вопрос - выбор хладагента. В данном случае я руководствовался двумя параметрами: жидкость не должна замерзать при низких температурах и иметь как можно большую теплопроводность. Для низких температур подходят антифриз (кто бы сомневался;)), водка или смесь вода+метанол. Я выбрал метанол: он ядовит (внимание!), но обладает наилучшей теплопроводностью. Один из самых простых способов его достать - купить в автомагазине жидкость для стеклоочистителя.

Сборка

Здесь фотографии помогут больше, чем длительное описание на словах.

Я начал с теплоизоляции ватерблоков. Блок заливался пеной, после высыхания ставилась изоляция на трубки и всё вместе закрывалось изолентой.

Таким образом я теплоизолировал все три ватерблока.

Осталось изолировать материнскую плату. Всё пространство вокруг сокета и чипсета намазал диэлектрической смазкой, тоже самое проделал с блоками, потом сделал прокладки из поролона. Аналогичным образом обработал заднюю сторону материнки и видеокарты, затем установил поролон и закрепил пластинами из акрила.

Когда блоки были готовы, занялся кондиционером. Полностью разобрал его, стараясь ничего не сломать.

Для легкого и безболезненного сгибания трубок в нужных местах рекомендую использовать инструмент под названием "pipe bender" (не знаю точного русского названия).

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем.

В начале двадцатого века паровозы доставляли пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург за десять часов. При этом их КПД не превышал семи процентов. То есть использовалась только одна четырнадцатая часть энергии дров и угля, а остальные тринадцать обогревали атмосферу. Конструкторы тех лет придумывали самые изощренные способы, дабы сохранить тепло. Процессоры в современных серверных стойках тоже обогревают атмосферу, однако в данном случае конструкторы преследуют диаметрально противоположную цель - отвести от чипа как можно больше избыточного тепла.

Современные высокопроизводительные процессоры греются не хуже ламп накаливания; "топовые" модели производят до 130 Вт тепла, а порой и больше. Теперь представьте, что в одном сервере толщиной в один юнит (1,75 дюйма, около 4,4 см) может находиться два таких процессора, а юнитов в стойке - до сорока двух штук. Количеству выделяемых стойкой калорий позавидует иная тепловая пушка, обогревающая производственные помещения.

Но это не все трудности, встающие на пути инженеров-разработчиков высокопроизводительных систем. Вторая проблема - малый размер процессоров. Чтобы отвести тепло с небольшой площади радиатора, необходимо обдувать его очень большим количеством воздуха, а значит, вентиляторы должны быть высокопроизводительными и, как следствие, шумными.

Компания Cray - всемирно известная своими суперкомпьютерами, пошла по иному пути. Например, в модели ETA-10 была применена система охлаждения процессоров жидким азотом, что позволило вдвое повысить производительность. С эффективностью такой системы не поспоришь, однако ее цена заставляет задуматься даже военные ведомства. Так что применение этой технологии пока остается уделом сверхплотных и сверхпроизводительных систем стоимостью несколько сот тысяч и даже миллионов долларов.

Другой способ - закрытые кондиционированные шкафы, куда подается уже сильно охлажденный воздух. Но и здесь есть свои трудности. Во-первых, стоимость подобных шкафов и затраты на их эксплуатацию хоть и в разы меньше, чем у системы на азоте, тем не менее весьма высоки. Несмотря на кажущуюся простоту, приходится искать решения множества технологических задач, таких как равномерное распределение холодного воздуха в стойке, интенсивный отвод теплого воздуха, герметичность. Становится очень важным правильное распределение (не всегда совпадающее с желаемым) серверов внутри стойки и прочие тонкости. Да и КПД такой системы охлаждения тоже оказывается не на высоте: получается тройная передача тепловой энергии - сначала охлаждается фреон, который затем охлаждает воздух, а воздух, в свою очередь, охлаждает процессоры.

Специалисты российской компании Kraftway, изучив проблему, подумали: а зачем вообще нужен воздух в этой системе "теплых взаимоотношений"? И решили охлаждать процессоры сразу фреоном кондиционера.

Однако не все так просто. Подумайте, легко ли конфигурировать систему, насквозь пронизанную трубками с фреоном?! Поэтому было решено охлаждать не сами процессоры, которые располагаются в разных серверах по-разному, а сначала отводить тепло от раскаленных невероятной вычислительной мощностью ядер тепловыми трубками. То есть один ее конец располагается на самом процессоре, отбирая тепло, а другой - выводится на заднюю стенку сервера. Тем самым упрощается не только конструкция охладителя, но и процесс замены серверов: достаточно отвинтить тепловую трубку и вынуть корпус из стойки, не останавливая и не разбирая всю систему охлаждения.

Устройство тепловой трубки тоже заслуживает упоминания. Как известно, в них применяются самые разные теплоносители (вода, эфир, фреон). Однако большинство из них не обладают достаточной производительностью. Даже вода, несмотря на свою впечатляющую теплоемкость, не может справиться с той скоростью отвода тепла, которая требуется для современных процессоров. [Главная проблема - скорость циркуляции. Есть, однако, примеры и удачного применения воды. Компания Icebear System построила систему водяного охлаждения для стоек. Мне, правда, не приходилось встречать сообщений о ее реальных применениях. К тому же прототип этой системы был предназначен только для машин на базе процессоров Opteron]. Есть и другой момент: представьте, что трубка вдруг начнет протекать... это явно не обрадует электрические схемы материнской платы.

Применение фреона позволяет добиться необходимой производительности и безопасности. В случае протечки он тут же улетучивается, а теплоемкость его испарения сравнима с водой. Устроена трубка следующим образом. Жидкий фреон по капиллярной губке направляется к процессору, там, испаряясь, поднимается к "утюжкам" (рис. 2), прикрепленным к постоянно охлаждаемой металлической колонне (о ней будет рассказано ниже), в которых он охлаждается и, конденсируясь, стекает вниз в горизонтальную часть трубки, где благодаря капиллярному эффекту попадает обратно к ядру процессора. Далее - по кругу. Надежность такой замкнутой и герметичной системы очень высока.

Однако выведя процессорное тепло наружу, мы решили только половину задачи. Ведь его все равно нужно каким-то образом передать дальше, "на улицу". Тут и выступает на сцену вышеупомянутая колонна, к которой прикреплены горячие "утюжки" тепловых трубок. Несмотря на свой заурядный вид, она вовсе не является копией морозилки бытового холодильника.

Внутри этой прямоугольной тепловой колонны расположена медная трубка с массой мельчайших отверстий [Как утверждают разработчики, для их изготовления пришлось применить лазерное сверление, ведь диаметр отверстий не превышает нескольких десятков микрон], в которую специальная помпа подает хладагент [Используется опять же фреон, однако любителям природы не стоит волноваться, - применяется безопасная для озонового слоя марка хладона (HFC R142b)]. Протекая по трубке, фреон через отверстия разбрызгивается на внутреннюю поверхность колонны. Испаряясь на ней, он отбирает тепло у "утюжков" и уходит по трубке к основному компрессору [Вообще, "теплый конец" - это стандартный внешний блок сплит-системы кондиционирования воздуха], который может быть расположен далеко за пределами стойки (например, на улице вместе с радиатором охлаждения хладагента). Дополнительная помпа (рис. 1) понадобилась для того, чтобы регулировать нагрузку: стойка с серверами может быть заполнена только частично, и охлаждать колонну целиком - пустая трата энергии. С другой стороны, основной компрессор кондиционера работает на постоянных оборотах, и снижать их недопустимо, так как он может просто-напросто сгореть (можно вспомнить частые случаи перегорания компрессоров холодильников в сельской местности из-за пониженного напряжения). Поэтому оказалось рациональнее (хоть это немного и усложнило конструкцию) поставить дополнительную помпу непосредственно в стойке и управлять уже ее оборотами. Таким образом, инженеры продолжают бороться за общее повышение КПД системы.

Итак, получается двойная, а не тройная система охлаждения. Сначала нагревается непосредственно фреон, минуя воздушную стадию (нагревом корпуса трубок можно пренебречь), и уже он отдает тепло окружающему воздуху, причем далеко за пределами серверной стойки.

Если мы избавились от воздушного охлаждения процессоров, то нет необходимости в большом количестве вентиляторов внутри каждого сервера. По утверждению разработчика, для охлаждения всех оставшихся схем, включая жесткий диск и блок питания, достаточно лишь одного вентилятора на корпус. Это радикально снижает шум, что позволяет размещать такие стойки внутри рабочих комнат, не вынося их в специальные помещения.

Представители компании Kraftway очень неохотно отвечали на вопрос о возможной стоимости подобной системы. Ссылаясь на то, что пока существует только прототип и многие решения еще не вышли на стадию массового производства, говорить о конкретных расчетах слишком трудно. Однако мне удалось в приватной беседе выяснить, что ориентировочная стоимость в расчете на один процессор не должна превышать пятидесяти долларов (не забывайте, что речь идет о многопроцессорных системах с количеством чипов около сотни). Это, согласитесь, уже близко к цене обычных медных радиаторов и, разумеется, гораздо меньше стоимости систем на жидком азоте.

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем. Возможно, недалек тот день, когда первые строчки знаменитого Top 500 будут занимать компьютеры, построенные именно у нас.

Из журнала "Компьютерра"