Химики совершенствуют технологию охлаждения оборудования дата-центров

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» исследовали структуры на основе мезопористого силикагеля и выяснили, что они могут оптимизировать системы охлаждения серверного оборудования, эффективно используя вырабатываемое им тепло. Затраты электроэнергии центрами обработки данных, по некоторым расчетам, возможно снизить более чем на 20%.

В связи с развитием технологий на базе искусственного интеллекта рынок серверного оборудования быстро растет. За последний год выручка производителей выросла на 60%, а по некоторым архитектурам — почти на 200%. Если рассматривать последнее десятилетие, то количество серверов в мире увеличилось более чем на 600 %, а емкость хранения — на 2500%.

Рынок требует действенных систем охлаждения дата-центров: процессор последнего поколения может потреблять до 500 Вт, видеокарта для машинного обучения — до 700 Вт, и тепловыделение увеличивается экспоненциально росту вычислительной мощности. До 40% энергопотребления дата-центров уходит на отвод теплоты и работу систем охлаждения.

Для кондиционирования серверных стоек с низкой плотностью размещения оборудования применяют системы воздушного охлаждения на основе кулеров. Их технических возможностей уже недостаточно, чтобы обеспечить бесперебойную работу современных компьютерных комплектующих. Для серверов высокой плотности используют технологию жидкостного охлаждения: в ней теплота отводится от электронных компонентов с помощью циркулирующей воды и рассеивается в окружающую среду.

Химики ФИЦ «Институт катализа СО РАН» исследовали адсорбционные системы с использованием мезопористого силикагеля с размером пор от 2 до 8 нанометров и показали, что отведенное бросовое тепло дата-центров можно продуктивно использовать для дополнительного кондиционирования серверов. Этот метод — перспективный способ снижения энергопотребления дата-центров в условиях роста удельной мощности серверного оборудования.

«Технология адсорбционного охлаждения позволяет повторно использовать отработанную теплоту, генерируемую серверными стойками высокой плотности, для дальнейшего охлаждения стоек низкой плотности. Исследования демонстрируют, что уровень экономии электроэнергии может достигать 22%» — рассказывает научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН, к.х.н. Марина Соловьева.

Исследовательница отмечает, что существуют лабораторные установки адсорбционного охлаждения, но в них используется микропористый силикагель. Он оптимально работает при температуре источника теплоты 80–100 °C, в то время как теплота, отходящая от стоек высокой плотности, имеет температуру 40–60 °C. Мезопористые структуры более эффективны в низком температурном диапазоне, так как позволяют увеличивать количество воды, обмениваемой в цикле практически вдвое, тем самым положительно влияя на рост эффективности кондиционирующей установки и ее компактность. Теоретический КПД цикла на уровне материала достигает 86 %, а с учетом массы теплообменника и теплоносителя – 73 %. Еще одно преимущество мезопористого силикагеля — промышленная доступность и дешевизна.

Ученые продолжают исследовать адсорбционную способность мезопористого силикагеля. В планах — тестирование лабораторного прототипа адсорбционного холодильника с предложенным материалом.