Yêu cầu cao hơn đáng kể đối với điều hòa chính xác IT cooling

Siêu máy tính mới được đặt ở tầng hầm của trụ sở chính dọc theo con đường các trung tâm nghiên cứu tại Kaiserslautern, trong một phòng máy chủ được thiết kế đặc biệt, một nguồn trung thế 0,8 MW đã được lắp đặt để vận hành vùng ngoại vi tương ứng, bao gồm 1 petabyte lưu trữ dữ liệu chỉ dành cho siêu máy tính. Công suất máy tính cực cao trong một không gian nhỏ như vậy tạo ra nhiệt độ quá cao, làm tăng nhu cầu đối với hệ thống làm mát CNTT. Để có thể làm mát siêu máy tính đúng cách, DFKI cần một giải pháp thông minh có thể đáp ứng các yêu cầu làm mát chính xác, đáng tin cậy, tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn của DGX-2.

Yêu cầu chính là cung cấp khả năng làm mát mạnh mẽ cho một không gian rất nhỏ với mức tiêu thụ năng lượng tương đối thấp. Ngoài ra, điều quan trọng là phải giữ mức phát ra tiếng ồn từ các dàn nóng ở mức tối thiểu để không làm phiền người dân trong khu vực. Một yếu tố quan trọng khác là việc làm mát chiếm tỷ trọng lớn trong việc tiêu thụ năng lượng tại trung tâm dữ liệu mới. Đây là lý do tại sao ý tưởng tổng quan đã được thực hiện để lưu ý đến việc vận hành hiệu quả, có nghĩa là tiêu thụ năng lượng nên ở mức tối thiểu. Để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của việc làm mát DGX-2, một khái niệm điều hòa không khí đặc biệt, thông minh với các giải pháp hệ thống mạnh mẽ và hiệu quả năng lượng đã được tạo ra.

Hiệu quả cao nhất trong không gian nhỏ nhất

Dòng i-NEXT của RC IT Cooling được thiết kế đặc biệt để điều hòa không khí chính xác cho phòng máy chủ, phòng tiện ích và trung tâm máy tính. Hệ thống cung cấp tỷ lệ hiệu suất lý tưởng đáp ứng nhu cầu không gian sàn. Hệ thống tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm chính xác cũng như tạo ẩm và hút ẩm. Quạt hiệu suất cao EC tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa tiếng ồn đảm bảo kiểm soát được lưu lượng không khí. Tốc độ quạt tự động thích ứng theo tải nhiệt được xác định bởi các cảm biến đặt trong các luồng khí nóng và lạnh. Bộ điều khiển Evolution+ kiểm soát thời gian kích hoạt của máy nén qua logic FIFO (first in first out) và điều chỉnh hiệu suất làm mát được tạo ra như một yếu tố của lượng nhiệt đầu vào. Dữ liệu cũng có thể được chuyển đến một hệ thống giám sát và bảo trì từ xa bậc cao hơn.

Buồng điều hòa có hai mạch làm mát. Một mạch là hệ thống DX làm mát bằng nước. Tất cả các thành phần thiết yếu để vận hành đều được tích hợp sẵn trong thiết bị và bộ điều khiển. Mạch thứ hai được thiết kế là một mạch nước lạnh hoạt động ở chế độ free-cooling. Chỉ có một bộ giải nhiệt với máy bơm được cung cấp tại công trường để đảm bảo hoạt động hiệu quả năng lượng.

Hệ thống làm lạnh tự do gián tiếp (indirect free-cooling) bao gồm sự kết hợp thông minh của nhiều chế độ vận hành khác nhau. Khi bên ngoài trời ấm, chỉ có hệ thống DX chạy. Ngay khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống thấp hơn một chút so với nhiệt độ dòng nước lạnh yêu cầu của mạch nước lạnh, chế độ làm lạnh tự do sẽ chạy song song với hệ thống DX. Khi nhiệt độ ngoài trời đủ thấp, chỉ có mạch làm mát tự do chạy.

Chế độ “free-cooling hoàn toàn”

Khi nhiệt độ ngoài trời đủ thấp, máy nén ngừng hoạt động, chỉ cần làm mát với không khí ngoài trời bằng sự kết hợp của bộ giải nhiệt (dry cooler).

Chế độ “free-cooling kết hợp”

Ngay khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống thấp hơn một chút so với nhiệt độ dòng nước lạnh mong muốn của mạch nước lạnh, chế độ làm mát tự do sẽ chạy song song với hệ thống DX. Không khí được làm lạnh sơ bộ bằng bộ trao đổi nhiệt nước lạnh trong thiết bị. Các máy nén cũng được kích hoạt để cung cấp khả năng làm mát còn thiếu cho toàn bộ tải trong phòng.

Chế độ “Bay hơi trực tiếp (DX)”

Chỉ khi nhiệt độ ngoài trời rất cao thì mạch DX mới hoạt động và thải nhiệt. Ở chế độ này, bộ giải nhiệt (dry cooler) hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt cho mạch nước làm mát.

Quản lý năng lượng thông minh

Hai buồng điều hòa được đặt ở bên trái và bên phải ở hai đầu của phòng máy chủ. Ở giữa phòng có năm dãy giá đỡ (rack) cho máy tính mới và các thiêt bị IT liên quan, với lối đi xung quanh. Hệ điều hòa không khí được thiết kế áp dụng nguyên lý dòng chảy xuống (down-flow) để đảm bảo làm mát tối ưu, tiết kiệm năng lượng. Luồng không khí đi vào buồng điều hòa là từ trên cao, trong khi không khí ra được thổi xuống vào trong một đáy kép (double bottom). Đầu ra của đáy kép ở mặt trước của dãy rack đảm bảo phân phối luồng không khí lý tưởng trong trung tâm dữ liệu. Điều này tạo ra một luồng khí lạnh ở phía hút gió của giá đỡ. Các giá đỡ hút không khí lạnh vào, sau đó thổi không khí ấm ra phía sau và đi vào lối dẫn nhiệt. Cuối cùng, không khí được hút vào buồng điều hòa hiện đang hoạt động để được làm mát trở lại.

Để kiểm soát chính xác không khí lạnh cung cấp cho các máy chủ, một buồng nhốt lạnh đã được lựa chọn. Luồng khí nóng và lạnh cùng với luồng không khí được điều chỉnh đảm bảo nhiệt độ không đổi. Điều kiện làm việc trở nên ổn định và toàn bộ hệ thống điều hòa không khí hoạt động hiệu quả hơn. Hầu hết thời gian, máy điều hòa chính xác chạy ở chế độ làm mát hỗn hợp (hybrid) hoặc hoàn toàn tự do (complete free-cooling). Ở chế độ tiêu chuẩn, ban đầu làm mát bằng nước thông qua chế độ làm mát tự do (free cooling). Nếu tải nhiệt vượt quá một điểm chuẩn nhất định, một máy nén sẽ được thêm vào để làm mát bổ sung lượng khí nạp thông qua một mạch dùng chất tải lạnh. Nếu yêu cầu làm mát vượt quá một điểm chuẩn, máy nén thứ hai trong máy điều hòa sẽ bật để đảm bảo duy trì mức nhiệt độ 21°C do nhà sản xuất quy định.

Giảm phát tiếng ồn tối thiểu trong khu vực lân cận

Bộ giải nhiệt có kích thước lớn đảm bảo đáp ứng yêu cầu quan trọng thứ ba của dự án này. Mức độ tiếng ồn được giảm bớt bằng cách đặt các buồng điều hòa với quạt EC, máy nén điều khiển tốc độ và các trạm bơm trong nhà.

Các bộ trao đổi nhiệt bên ngoài có bề mặt trao đổi nhiệt lớn và quạt lớn hơn so với mô hình tiêu chuẩn. Điều này có nghĩa là tốc độ quạt thấp hơn, tạo độ ồn không quá 35 dB (A) ở khoảng cách một mét.

Kết luận

Duy trì nhiệt độ thích hợp cho siêu máy tính DGX-2 mới tại DFKI đặt ra một thách thức lớn trong việc làm mát dàn thiết bị IT. Thứ nhất, trong một không gian hạn chế, hiệu suất máy tính càng lớn đòi hỏi công suất máy điều hòa không khí chính xác (IT cooling) càng mạnh mẽ. Thứ hai, nhu cầu bảo vệ môi trường hiện nay yêu cần sự phân bổ năng lượng hợp lý. Vì vậy, chỉ có thể xem xét các khái niệm và giải pháp hệ thống hướng tới tiêu chí hiệu suất cao.

Và thứ ba, tiếng ồn phát ra phải đủ thấp để không làm phiền cư dân địa phương. Áp dụng bí quyết và các giải pháp hệ thống do RC Cooling cung cấp, một ý tưởng tối tân để làm mát phòng máy chủ DFKI mới đã đạt được. Các máy điều hòa làm mát bằng nước với khả năng bay hơi trực tiếp và công nghệ biến tần cũng như tính năng làm mát tự do đã được sử dụng. Quạt hiệu suất cao EC tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn, đảm bảo luồng không khí được kiểm soát qua một buồng nhốt lạnh riêng biệt. Các bộ trao đổi nhiệt có kích thước lớn bên ngoài, với tốc độ quạt thấp, giảm tiếng ồn đến mức tối thiểu.