Un "Chilled Server!" Completamente sommerso: una nuova idea valida sia per l'ambiente che per la società ICT

Takashi Yamamoto, leader del progetto di ricerca e sviluppo del sistema di raffreddamento ad immersione in liquidi

Nella società delle TIC, il numero di dispositivi e sensori connessi a Internet continua a crescere astronomicamente. Gestire l'enorme quantità di calore generato dai data center e dai dispositivi IT è un problema urgente per garantire un funzionamento stabile del sistema e la salute dell'ambiente globale.
Fujitsu ha sviluppato un nuovo sistema di raffreddamento ad immersione di liquido che raffredda i server immergendoli completamente nel liquido. Questo sistema ha vinto il Gran Premio per la conservazione dell'energia del 2018 (per la prima volta) e il Premio del Ministro dell'ambiente per l'attività di prevenzione del riscaldamento globale (secondo anno consecutivo, sesta volta in totale). Per questo articolo, abbiamo intervistato Takashi Yamamoto, leader del progetto di ricerca e sviluppo, sul processo di commercializzazione di questa tecnologia e del suo potenziale futuro.

Raffreddamento a liquido: da decine a centinaia di volte più efficiente del gas

Yamamoto: "Il sistema di raffreddamento ad immersione di liquido utilizza una tecnologia che migliora l'efficienza di raffreddamento raffreddando i server con liquido, sebbene l'aria sia normalmente utilizzata. Rispetto ai gas tipici come l'aria, il liquido ha una capacità di raffreddamento che è decine di centinaia di volte migliore. Con una corrente lenta, il liquido può raggiungere prestazioni di raffreddamento significativamente più elevate dell'aria senza la necessità di massimizzare la corrente. I
dispositivi sono più stabili se mantenuti a temperature più basse. Poiché il raffreddamento ad immersione di liquido non richiede le ventole di raffreddamento e i condizionatori d'aria necessari per le apparecchiature di raffreddamento ad aria, ci sono anche notevoli risparmi energetici ".

Ravvivare la tecnologia fuori produzione per soddisfare le esigenze di oggi

"In effetti, 30 anni fa, una società straniera commercializzava la tecnologia di immersione in liquidi. Ho sentito che era considerata una tecnologia dorsale per ottenere imballaggi ad altissima densità, che allora miglioravano le prestazioni del supercomputer. A quel tempo, Fujitsu utilizzava il raffreddamento ad acqua tecnologia (raffreddamento indiretto a liquido in cui una lastra di rame o altra lamiera viene immessa in acqua) anziché tecnologia ad immersione in liquido per raffreddare computer di grandi dimensioni. Successivamente, i progressi nella tecnologia dei semiconduttori hanno ridotto significativamente il consumo di energia e sia l'immersione a liquido che il raffreddamento ad acqua sono diventati inutile Quando venne utilizzata solo la tecnologia di raffreddamento ad aria, lo sviluppo della tecnologia ad immersione in liquidi fu sospeso.

A causa della sua bassa viscosità, il liquido di raffreddamento sembra essere acqua a colpo d'occhio. Il bagno liquido è necessario per garantire un alto grado di ermeticità.

Tuttavia, la quantità di calore generato ha ripreso ad aumentare con l'avanzare della miniaturizzazione e la velocità dei dispositivi a semiconduttore. I data center rappresentano attualmente oltre l'1% del consumo energetico globale e si ritiene che anche il calore residuo sia un problema a causa della maggiore consapevolezza ambientale. Pertanto, è di nuovo necessaria una tecnologia per sostituire il raffreddamento ad aria.

Piuttosto che raffreddare i supercomputer appositamente progettati, siamo stati motivati ​​a ridurre il consumo di energia raffreddando efficacemente le apparecchiature per uso generale esistenti che finora erano state raffreddate ad aria. Quindi, in un certo senso, abbiamo ripristinato la tecnologia di raffreddamento ad immersione di liquidi ".

Immergersi nel liquido richiede conoscenza dei prodotti chimici

"Quando si considera un sistema di raffreddamento ad immersione di liquido, il primo punto chiave è quale tipo di liquido utilizzare come liquido di raffreddamento. Abbiamo scelto un liquido di raffreddamento sulla base di varie considerazioni: non conduce elettricità; è sicuro; non influirà negativamente sui dispositivi server  ; circola uniformemente perché non è così viscoso; e così via.

 Quando si considerano i sistemi che i clienti useranno a lungo, non è sufficiente semplicemente raffreddare i server;  è inoltre fondamentale garantire la facilità di funzionamento del sistema e la tenuta all'aria del bagno liquido per evitare l'evaporazione del refrigerante.

Nella progettazione di server convenzionali, non è necessaria la conoscenza delle sostanze chimiche per la scelta di tale refrigerante o tecnologia e un design strutturale per garantire la tenuta all'aria. Ma poiché questi server devono essere immersi nel liquido, avevamo bisogno di conoscenze, nonché nuove competenze e know-how che Fujitsu non possedeva. "

Sommergere completamente i server in liquidi per raffreddarli con un "sistema di raffreddamento ad immersione in liquidi" [FUJITSU JOURNAL] (giapponese)

I processi di progettazione e sviluppo convenzionali non funzionano più

"Pertanto, abbiamo formato un team che include membri che hanno studiato chimica a scuola nel corso della giornata. Abbiamo anche collaborato con Fujitsu Laboratories e i nostri partner come fornitori di prodotti chimici per raccogliere attivamente informazioni e aumentare le nostre conoscenze.

Per affrontare questioni strutturali come la tenuta all'aria, abbiamo creato prototipi. Oltre a utilizzarli per i nostri esperimenti, abbiamo chiesto ad altri reparti, nonché a clienti e partner esterni di utilizzarli per ottenere il know-how.

Le forme standardizzate dei server e dei rack server attuali sono in uso da circa 20 anni. La loro struttura non è cambiata molto e esiste un processo standard per stimare il periodo e il costo della progettazione e dello sviluppo di nuovi prodotti. Per sviluppare il sistema di immersione in liquidi, tuttavia, tale processo non ha funzionato. Si sono verificati molti eventi imprevisti e il processo raramente è avanzato come avevamo previsto. Abbiamo affrontato la sfida di come maturare il processo attraverso ripetuti tentativi ed errori ".

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Un episodio dal laboratorio del sistema di raffreddamento ad immersione di liquidi:
un liquido meraviglioso, ma puoi lasciarci dentro uno smartphone?

Come tecnologia proprietaria, il team di Yamamoto ha ottenuto alcuni brevetti per il sistema di raffreddamento ad immersione liquida che hanno sviluppato. Tra questi brevetti ci sono quelli per il liquido che massimizza la capacità di raffreddamento, il liquido di raffreddamento fluorochimico e le sue temperature di lavoro (la gamma di proprietà fisiche).

Per determinare il liquido di raffreddamento, il team si è concentrato sulle seguenti caratteristiche rilevate nell'intervista: nessuna conduttività elettrica, sicurezza, nessun impatto negativo sui server e soprattutto una bassa viscosità. Per far circolare il flusso in modo da migliorare l'efficienza di raffreddamento, il liquido doveva essere meno viscoso. Di conseguenza, il team ha scelto "3M ™ Fluorinert ™", un liquido incolore, trasparente, liscio e inodore che assomiglia e si sente esattamente come l'acqua sebbene abbia proprietà totalmente diverse. Ti fa sentire come se stessi immergendo una macchina in acqua. Un giorno in laboratorio, un membro del team ha accidentalmente lasciato cadere uno smartphone nel liquido, ma non c'era motivo di preoccuparsi. Lo smartphone ha funzionato bene senza problemi.

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Takashi Yamamoto

Direttore generale
Sviluppo dell'ingegneria elettrica e meccanica Divison
AI Business Unit Platform
Fujitsu Limited

Dopo la laurea presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Scienze di Tokyo nel 1989, Yamamoto è entrato a far parte di Fujitsu Limited nello stesso anno ed è stato assegnato alla divisione aziendale (Divisione Business dei sistemi informatici). Da allora, Yamamoto è stato coinvolto nello sviluppo di tecnologie di raffreddamento e tecnologie meccaniche per computer e prodotti di archiviazione su larga scala.

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