データ量の爆発的な増加に伴い、大量の計算能力を膨大なサーバーで支える必要があります。データセンターの建設面積の制限や環境規制のため、単一キャビネットの電力密度を高めることが、増大する計算需要とデータセンターの限られた収容能力のバランスを取るための重要な解決策となっています。膨大なデータスループットと計算は、人工知能やビッグデータなどの新興技術に対して、データセンターのエネルギー消費、熱放散、騒音低減に前例のない課題をもたらしています。
この文脈において、液体冷却技術を適用した液体冷却データセンターおよび液体冷却サーバーが登場し、データセンターの冷却に新たなソリューションを提供しています。
液冷サーバーは、液体冷却技術を用いてサーバーの温度を下げるサーバーシステムです。従来のサーバーは通常、空冷によって熱を放散しますが、液冷サーバーは液体媒体を用いて放熱部品に直接接触し、発生した熱を効果的に吸収・除去します。液冷サーバーは、直接冷却と間接冷却の2種類に分けられます。現在、直接冷却は主に浸漬液冷が用いられ、間接冷却は主にプレート型液冷が用いられています。
浸漬液冷サーバーの分析：
イマージョン液冷は、IT機器のすべての発熱部品を冷却液に浸すことで熱を放散させるプロセスです。作動流体が相変化を起こすかどうかに基づいて、単相液冷と相変化液冷に分けられます。その中で、冷却液はデータセンターの熱交換媒体であり、高い絶縁性、低粘度、強い適合性の特性を持ち、イマージョン液冷技術の主要な媒体となっています。マザーボードのチップなどの発熱装置の表面の放熱性能は、媒体の沸騰による熱伝達強度に大きく影響します。チップ表面が滑らかであれば、熱伝達面上の液体の熱伝達係数が高くなり、放熱速度が向上します。熱を吸収した冷却液は、空冷や水冷などの循環冷却や凝縮方法によって冷却または凝縮されます。
コンタクト液冷サーバーの分析：
スプレータイプの液体冷却は、一般的にデータセンターのインフラに大きな変更を必要としません。ポンプ圧力または重力駆動により、加熱要素の要件に応じて冷却液を上から下へ正確にIT機器の回路基板に噴霧するだけです。熱を吸収した冷却液は、空冷や水冷などの方法で循環・冷却されます。スプレータイプ液体冷却サーバーは、全スプレーシステムの主要な内部コンポーネントです。その高性能、低エネルギー消費、および高い信頼性の運用特性により、データセンターのエネルギー消費を効果的に削減できます。
コールドプレート液体冷却サーバーの分析：
コールドプレート液体冷却は非接触型の液体冷却であり、冷却液は加熱装置に直接接触しません。コールドプレート液体冷却システムは主に、熱交換用コールドプレート、熱交換ユニット、循環配管、冷却源などのコンポーネントで構成されています。コールドプレート液体冷却は、循環配管内の冷却液に熱を移動させ、液体自体の冷却特性を利用してサーバーから発生する熱を取り除き、コールドプレートの冷却効率を向上させます。これにより、データセンターのエネルギー消費を大幅に削減し、コールドプレート液体冷却サーバーの強力な騒音低減性能を実現します。コールドプレートの材料は一般的に高い熱伝導率を持つ材料で構成されており、コールドプレートの表面をほぼ等温に保ち、大量の集中した熱を取り除きます。コールドプレートの適用は、冷却媒体による電子部品への汚染を減らし、データセンター設備の寿命を延ばし、コールドプレート液体冷却サーバーの騒音は空冷に比べてはるかに低く、真に静かなデータセンターを実現します。
コールドプレート液冷技術は、保守性、スペース利用効率、互換性、静音性において強力な応用利点があります。しかし、コールドプレート装置の個別カスタマイズにより、技術適用のコストは比較的高くなります。一方、スプレー型液冷技術は、旧サーバーやキャビネットを改造することでデータセンターインフラの構築コストを大幅に削減します。その他の2つの技術と比較すると、イマージョン技術はスペース利用効率とリサイクル性に優れていますが、装置の保守性と互換性は低く、データセンターのエネルギー消費を削減します。
市場データ比較
現在、コールドプレート技術は成熟しており、商業的な実装をリードしています。2023年上半期において、コールドプレートは中国の液冷サーバー市場の90％を占めており、これは主に従来のデータセンターが既存インフラの改修コストと難易度に注目していること、ならびに現在のコールドプレートソリューションの高い成熟度と良好な商業基盤に依存しています。コールドプレート液冷技術は早期に開発され、現在、コールドプレート液冷データセンター製品は比較的高い市場シェアを持っています。しかし、長期的には、浸漬型は熱放散効率、単一キャビネットの電力、スペース利用率などの面でコールドプレート型に対して大きな優位性を持っています。したがって、インフラ改修および建設コストを合理的に最適化し、電子フッ素化液体やその他の冷却液の適用範囲と保守性を向上させることが、持続可能なグリーンデータセンター構築のための必要条件となっています。
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