Іммерсійне охолодження Майнінг ферм

У даній статті ми розберемо таку тему, як однофазне іммерсійне охолодження Майнінг ферм.
Його іноді називають водяне охолодження Майнінг ферм, можна також назвати це занурювальним рідинним охолодженням із застосуванням такого речовини як «суха вода».

Як відомо, проблема охолодження ферм для Майнінг є однією з найактуальніших в нашій нелегкій справі, оскільки перегрів призводить до ряду таких проблем, як зниження продуктивності, нестабільність роботи, високий знос і просто банальне відключення по перегріву.

Якщо мова йде про потужності 5, 10 або 15 кВт це ще можна пережити і справлятися з тепловиділеннями самостійно. Відкривати вікна, ставити побутові кондиціонери, виносити обладнання на балкони і т.д.

Але що робити, коли мова йде про промислових фермах і відповідно потужностях, таких як 50, 100, 500 кВт або навіть кілька МВт?

Наша організація розробила систему иммерсионного охолодження Майнінг ферм, ознайомитися з нею ви можете на сторінці " Установка иммерсионного охолодження Майнінг ферм ".

В даному контексті іммерсійним охолодженням називають процес відведення тепла від працюючого устаткування шляхом його занурення в контейнер з иммерсионной рідиною

Іммерсійна рідина - це технічна рідина, що має певну формулу (у багатьох виробників вони запатентовані), що має такі унікальні властивості як:
Негорючість, низьку токсичність, інертність, найвищі діелектричні властивості.

Таким чином, дана рідина не вступає в хімічну реакцію практично ні з чим і є абсолютним діелектриком, що дозволяє використовувати її в контакті з будь-яким електронним обладнанням без наслідків для нього.

ВАЖЛИВО! Застосування даної рідини абсолютно безпечно для будь-якого обладнання, а також для людей, які працюють з нею.

Застосування даних рідин в промислових масштабах почалося багато років тому і до цього дня має дуже широкий спектр. Наприклад, для охолодження стійок обладнання в дата-центрах (ЦОД), в системах пожежогасіння небезпечних і цінних об'єктів (архіви, дата-центри і т.д.), де наслідки пожеж наносять часто набагато більше шкоди, ніж сама пожежа.

Традиційно при будівництві нового дата-центру близько 35% капітальних витрат витрачається на охолоджуючу обладнання, а згодом на нього припадає ще 50% експлуатаційних витрат. Кількість даних, які необхідно зберігати зростає в геометричній прогресії, стимулюють попит на більш і більш великі центри обробки даних (ЦОД), поряд зі значними інвестиціями, зрозуміло, що необхідно шукати все більш економічні і ефективні технології охолодження.

Численні дослідження доводять, що процес рідинного охолодження має дуже високий коефіцієнт ефективності використання енергії (Power Usage Effectiveness; PUE) це дозволяє домогтися феноменальних показників з точки зору ефективності та економічності даної технології.

Таким чином, рідинне охолодження підходить для абсолютно будь-яких Майнер - Асіка (Antminer S9, L3 +, D3 і ін.) І відеокарт NVIDIA Geforce 1070 GTX, 1060 GTX, AMD Radeon RX 470, 480, 580 і т.д.)

Принцип досить простий для розуміння. Оскільки охолоджуюча рідина абсолютно інертна, нетоксична і є діелектриком, ми без будь-яких побоювань занурюємо працюючу ферму, будь то ASIC (Асік) Antminer S9 або блок з відеокарт в контейнер рідиною. Устаткування працює і виділяє тепло, яке нагріває рідину. Теплоємність рідини в 4000 разів вища за теплоємність повітря, що дозволяє відводити тепло набагато меншим об'ємом теплоносія.

В даному випадку основне завдання зводиться до того, щоб якісно відводити тепло від самої рідини і підтримувати температуру такий, щоб температура на чіпах Майнер не перевищувала допустиму і дозволяла працювати на максимальній продуктивності без перебоїв.

Мал. 1 - Приклад роботи електроніки в охолоджуючої рідини

Проводячи перші експерименти в нашій лабораторії, ми нервово спостерігали, як комп'ютерна система під напругою, включена і миготлива, повільно поринала в чисту, водянисту рідину. Кожна дитина з дитинства знає, що рідина і електрику несумісні речі, тому було зовсім неймовірно спостерігати за бездоганною роботою комп'ютера, повністю зануреного в те, що здавалося нічим іншим, як водою.

У всьому світі існує досить багато виробників рідин, призначених для багатьох цілей роботи з електронною технікою, які дозволяють в тому числі і охолоджувати її.

Власне сам експеримент з Майнінг фермою:

Ми провели ряд випробувань із застосуванням декількох видів рідин. Основним завданням при підборі рідини було швидше знайти склад з найбільш хорошими теплофізичними властивостями, що відповідно підвищує ефективність теплообміну.

Експеримент проводився на стендовій зразку з фермою з 6 відеокарт Nvidia Geforce GTX 1070 зі сумарною потужністю близько 1,2 кВт. Охолодження рідини було реалізовано за допомогою звичайної системи холодного водопостачання.

Устаткування було завантажено в акваріум і повністю залито рідиною. Для більшої рівномірності охолодження і температури самої рідини була забезпечена циркуляція, за допомогою циркуляційного насоса. Випробування проводилися на протязі декількох днів. Були досліджені всі можливі режими роботи.

Мал. 2 - Приклад роботи відеокарти Nvidia Geforce в охолоджуючої рідини

Результати підтвердили всі наші очікування і розрахунки:

• Устаткування працює стабільно і без перегрівів.
• Змінюючи різні параметри нам без особливих зусиль вдається домогтися підвищення продуктивності карт на 15%, але ми впевнені, що і це далеко не межа.
• Регулюючи систему охолодження ми легко змогли встановити необхідний тепловий режим з мінімальним витрачанням холодної води і відповідно мінімізувати витрати.
• Для охолодження чіпів відеокарт не потрібні вентилятори

На підставі ряду фактів:

• Багаторічний світовий досвід застосування технічних рідин в різних сферах промисловості
• Гарантійні зобов'язання виробників технічних рідин
• Наші лабораторні випробування
• Аналіз і розрахунки

Ми знайшли кілька суттєвих переваг даного способу охолодження стосовно до обладнання для Майнінг:

• Продуктивність обладнання підвищується мінімум на 10-15%.
  Цей показник залежить від самих Майнер - Асіка або відеокарти. Різні моделі мають ряд своїх особливостей і обмежень для розгону, але доклавши певних зусиль при можливості підтримки температури на чіпі не більш 40-50 ° С можна досягти навіть великих показників.
• Термін служби обладнання
  Асіка і відеокарти набагато повільніше зношуються, коли знаходяться при постійній температурі в робочому діапазоні і не перегріваються. При відсутності системи охолодження, Майнер постійно відключаються по перегріву.
• безшумність роботи
  Майнер в рідини працюють абсолютно безшумно. Крім того, що вентилятори самих Асіка або карт відключені, також відсутній шум від повітряної системи охолодження, яка по рівня шуму для великих потужностей порівнянна з потужністю вентиляції промислових цехів.
• розміри ферм
  У контейнері з иммерсионной рідиною розмірами наприклад 1,5х1,5 м можна щільно розмістити обладнання на 20-30 кВт без будь-яких складнощів. Таким чином, потужність ферми на 100 кВт можна розмістити на площі 5-10 м2.
• Зниження вартості відеокарт
  Для якісного рідинного охолодження Асіка або відеокарт немає потреби в вентиляторах (кулери) на самих Майнер. Відповідно можна замовляти із заводу по суті голі чіпи - без вентиляторів, корпусів і т.д. Таким чином, вартість самих карт знижується як мінімум на 20-30%, до того ж зменшуються її габаритні розміри, що дозволяє компонувати ферму ще більш щільно.

Для наочності переваг і недоліків можна порівнювати рідинне і повітряне охолодження - класична система вентиляції і кондиціонування. В даному випадку всі переваги, про які ми вже розповіли і є по суті перевагами в порівнянні з повітряним охолодженням.

В цілому звичайно повітряне охолодження цілком добре виконує свою функцію, і вимагає не менше серйозних і якісних розрахунків. З його допомогою можна забезпечити також абсолютно безперебійну і надійну роботу устаткування круглий рік, хоча як відомо влітку охолодження Майнінг ферм здійснюється більш важким шляхом, ніж в зимовий період року.

З недоліків иммерсионного охолодження, можна відзначити:

• Висока складність розрахунків
• Мала кількість компетентних фахівців на ринку
• Важкодоступність необхідної рідини
• Висока ціна

Проте, при грамотному проектуванні, вартість даної системи буде порівнянна з вартістю системи повітряного охолодження, а якщо врахувати ще всі переваги, про які ми писали вище, то окупність даного рішення не змусить себе чекати.

Як ми з'ясували, іммерсійне охолодження більш енергоефективно і є передовою технологією для такого роду завдань.

Як відомо, велика частина споживаної енергії в процесі роботи обладнання переходить в теплову енергії. При великих потужностях Майнінг ферм зрозуміло відразу з'являється бажання якось використовувати тепло, яке вони виробляють. Ми наведемо приклади декількох способів, які можна застосувати як в побутовому, так і в промисловому масштабі. Кожен цікавиться можливо знайде для себе якусь ідею.

• Підігрів якої-небудь водойми - рибгосподарства, басейн і т.д.
  В даному випадку, ми передаємо тепло від внутрішнього контуру охолоджувальної рідини в зовнішній контур через водяний теплообменік, що дозволяє нам отримати теплу або гарячу воду на виході з нього.
• Обігрів повітря в приміщенні - офіс, цех, приватний будинок, теплиця і т.д.
  В даному випадку ми охолоджуємо внутрішній контур рідини через теплообмінник вода-повітря і використовуємо гарячий / тепле повітря для наших цілей
• Теплі підлоги в будинку
  По суті як і в першому прикладі, ми використовуємо теплообмінник вода-вода і це дозволяє нам використовувати гарячу воду для підігріву підлоги.

Зрозуміло все способи утилізації тепла необхідно індивідуально розраховувати і продумувати саму схему роботи. Важко знайти якесь універсальне рішення. Ми в наших проектах, як правило підбираємо і прораховуємо індивідуальну схему відведення тепла від Майнінг ферми і його корисне використання на проектах, де є така задача.

Для вирішення подібних завдань, застосовуються промислові установки рідинного охолодження. Ознайомитися з подбробним описом і приницпе роботи даних систем ви можете на сторінці " Установки иммерсионного охолодження Майнінг ферм ".

На закінчення хотілося б відзначити, що рідинне охолодження це «мейнстрім» в сфері IT технологій та енергоефективності.

Отримати безкоштовну консультацію інженера