Система охлаждения без использования воды от Microsoft: уроки для центров обработки данных
Новая система охлаждения Microsoft с нулевым потреблением воды может сэкономить 33 миллиона галлонов воды в год. центр обработки данных ежегодно.
Munters и ZutaCore — безводное охлаждение ЦОД с прямой подачей воды на чип
Краткое изложение значений:
Microsoft разработала система охлаждения с нулевым содержанием воды который исключает испарение воды с помощью охлаждения на уровне чипа и технологии замкнутого цикла. Такой подход экономит воду, повышает энергоэффективность и снижает нагрузку на окружающую среду, особенно в регионах с дефицитом воды, таких как Аризона. К 2027 году Microsoft намерена сделать этот метод охлаждения стандартным для всех своих центры обработки данных.
Основные преимущества:
- Сохранение водных ресурсов: Экономит 33 миллиона галлонов воды на объекте каждый год.
- Энергоэффективность: Снижает энергопотребление на 15–20% в течение срока службы центра обработки данных.
- Воздействие на окружающую среду: Снижает нагрузку на водные ресурсы и сокращает выбросы парниковых газов до 21%.
- Выполнение: Основное внимание уделяется новым объектам, чтобы сбалансировать первоначальные затраты с долгосрочной экономией.
Быстрое сравнение:
| Метод охлаждения | Использование воды | Энергоэффективность | Воздействие на окружающую среду | Стоимость внедрения |
|---|---|---|---|---|
| Охлаждение без использования воды | Почти нулевой | Высокий | Минимальное воздействие на воду | Высокий |
| Испарительное охлаждение | Высокая (0,48 галлона/кВт·ч) | Умеренный | Очищает местную воду | Умеренный |
| Замкнутый контур охлаждения | Низкий (первоначальное заполнение) | Последовательный | Снижает использование химикатов | Более высокий аванс |
Мост:
Система охлаждения с нулевым потреблением воды от Microsoft устанавливает новый стандарт для устойчивой работы ЦОД, но как она соотносится с другими методами охлаждения? Давайте углубимся в детали.
1. Система охлаждения без использования воды от Microsoft
Microsoft представила новаторскую технологию охлаждения для своих центров обработки данных под названием zero-water cooling. Эта система использует замкнутую конструкцию, которая непрерывно рециркулирует воду без испарения. Объединяя охлаждение на уровне чипа с передовыми методами жидкостного охлаждения, она поддерживает серверы при нужной температуре, полностью исключая потери воды.
В настоящее время Microsoft тестирует эту систему на новых строительных площадках в Финикс, Аризона, и Маунт-Плезант, Висконсин, начало эксплуатации запланировано на 2026 год. К концу 2027 года компания планирует сделать нулевое испарение воды стандартным методом охлаждения в своих центрах обработки данных. Ниже мы рассмотрим его влияние на потребление воды, энергоэффективность, экологические преимущества и затраты на внедрение.
Использование воды
Система охлаждения с нулевым потреблением воды оправдывает свое название, полностью устраняя необходимость испарения воды. После заполнения системы во время строительства та же вода циркулирует неограниченное время между серверами и чиллерами, без необходимости замены.
Эта конструкция имеет огромное влияние на сохранение воды. Каждый центр обработки данных, использующий эту систему, как предполагается, будет экономить 33 миллиона галлонов воды ежегодно – столько же сейчас потребляют дата-центры Microsoft на объект в год. По сути, эта технология может полностью исключить использование воды для охлаждения.
Энергоэффективность
Помимо экономии воды, система Microsoft повышает энергоэффективность, позволяя центрам обработки данных работать на более высокие температуры. Это позволяет использовать более энергоэффективные чиллеры, снижая общее потребление электроэнергии.
Переход от традиционного воздушного охлаждения к жидкостным методам охлаждения, таким как охлаждающие пластины, может сократить потребление энергии на 15-20 процентов за время жизни центра обработки данных. Кроме того, выбросы парниковых газов могут сократиться на 15–21 процент, при этом сохраняя постоянную эффективность охлаждения.
Microsoft также экспериментирует с высокоэффективные экономичные чиллеры которые работают при повышенных температурах воды. Эти передовые охладители помогают противостоять любым потенциальным увеличениям эффективности использования энергии (PUE), которые могут возникнуть при отказе от испарительных систем охлаждения.
Воздействие на окружающую среду
Экологические преимущества охлаждения без воды выходят за рамки экономии воды и энергии. Эта технология решает проблемы, связанные с нагрузкой, которую центры обработки данных оказывают на местные системы водоснабжения, особенно в таких регионах, как Аризона, где водные ресурсы уже ограничены.
«Защита местных водоразделов является важной частью наших обязательств перед сообществом по работе с данными, и мы стремимся оказывать положительное влияние на сообщества, в которых мы работаем», — говорит Стив Соломон.
Масштаб этих преимуществ становится очевидным, если учесть, что один гипермасштабный центр обработки данных, использующий традиционные методы охлаждения, может потреблять до 396 000 галлонов воды ежедневно. Устраняя этот спрос, система Microsoft значительно снижает давление на местные источники водоснабжения. По сравнению с системами воздушного охлаждения, она может сократить общее потребление воды на от 31 до 52 процентов, что меняет ситуацию в регионах, испытывающих нехватку воды.
Стоимость внедрения
Microsoft не поделилась точной стоимостью внедрения своей системы охлаждения с нулевым потреблением воды, но очевидно, что эта технология требует существенных первоначальных инвестиций. Ключевые компоненты, такие как инфраструктура охлаждения на уровне чипа и замкнутые системы, добавляют сложности и расходов. Система включает прямое жидкостное охлаждение на уровне процессора и сложные механизмы циркуляции воды, которые требуют точного проектирования.
Проблемы включают обеспечение надежного охлаждения на уровне чипа, управление потенциальными рисками для серверного оборудования от жидкостных систем и удовлетворение энергетических потребностей самой инфраструктуры охлаждения. Однако долгосрочная экономия за счет сокращения потребления воды и повышения энергоэффективности может помочь компенсировать эти первоначальные затраты.
Чтобы держать расходы под контролем, Microsoft сосредоточилась на внедрении охлаждения без использования воды в недавно построенные центры обработки данных вместо модернизации существующих. Проектируя объекты с этой системой с самого начала, компания может лучше контролировать расходы, уделяя первостепенное внимание устойчивости для будущих операций. Такой подход подчеркивает важность баланса между первоначальными инвестициями и долгосрочной экономией и экологическими преимуществами при планировании современных решений по охлаждению центров обработки данных.
2. Стандартное испарительное охлаждение
Стандартное испарительное охлаждение работает за счет снижения температуры воды путем испарения внутри градирен. Вот как это работает: нагретая вода распыляется над материалом оросителя, в то время как вентиляторы протягивают воздух через систему. Этот процесс заставляет часть воды испаряться, охлаждая оставшуюся воду, которая затем рециркулируется.
«Испарительные градирни используют естественную силу испарительного охлаждения для снижения температуры воды, используемой в промышленных процессах и в коммерческих системах комфортного охлаждения HVAC».
Использование воды
Одной из самых больших проблем стандартного испарительного охлаждения является его высокое потребление воды, что может нагружать местные водные ресурсы. Например, гипермасштабные центры обработки данных могут потреблять до 1,5 млн литров воды ежедневно. Даже небольшие оптовые предприятия могут потреблять около 18 000 галлонов (68 100 литров) каждый день.
Поскольку этот метод охлаждения зависит от процесса испарения для удаления тепла, вода должна постоянно пополняться, чтобы поддерживать эффективную работу системы. Этот постоянный спрос становится еще более проблематичным в засушливых районах, таких как Аризона, где такие компании, как Microsoft, изучают альтернативы с нулевым потреблением воды.
Энергоэффективность
Хотя стандартное испарительное охлаждение потребляет много воды, оно очень энергоэффективно по сравнению с системами воздушного охлаждения. Этот метод позволяет отводить такое же количество тепла, потребляя при этом гораздо меньше электроэнергии. Например, системы косвенного испарительного охлаждения (IEC) могут сэкономить до 28% энергии, используемой системами свободного охлаждения, и до 52% по сравнению с воздушным охлаждением. Летом эти системы могут снижать температуру окружающей среды на 10–15°F (6–8°C), что делает их особенно эффективными в жарком климате.
Такая эффективность во многом обусловлена превосходной способностью воды переносить тепло по сравнению с воздухом. Однако во влажных средах прямое испарительное охлаждение может повысить относительную влажность до примерно 80%. Такое увеличение влажности может привести к деградации оборудования и создать условия, способствующие росту микроорганизмов, что создает дополнительные проблемы.
Воздействие на окружающую среду
Стандартное испарительное охлаждение — это компромисс между экономией энергии и потреблением воды. С одной стороны, оно потребляет меньше электроэнергии, чем системы охлаждения только воздухом, что может сократить выбросы парниковых газов, особенно в районах, где для производства электроэнергии используется ископаемое топливо. С другой стороны, значительная потеря воды из-за испарения создает нагрузку на местные запасы воды, особенно в регионах с дефицитом воды. В таких районах центры обработки данных могут оказаться в ситуации, когда им приходится конкурировать с жилыми и сельскохозяйственными потребностями за этот ограниченный ресурс. После испарения вода навсегда удаляется из местного водораздела, что усугубляет экологические проблемы.
Стоимость внедрения
С точки зрения затрат стандартные испарительные системы охлаждения относительно доступны по сравнению с более продвинутыми технологиями охлаждения. Они используют известные компоненты, такие как градирни, насосы, вентиляторы и распределительные системы, которые широко доступны и знакомы техническим специалистам. Эта экономическая эффективность сделала их популярным выбором для многих операторов центров обработки данных. Например, с 2023 года Equinix — один из крупнейших операторов центров обработки данных в мире — использует испарительное охлаждение в 40% своих объектов. Такое широкое внедрение подчеркивает баланс между разумными затратами на внедрение и надежной производительностью охлаждения.
В следующем разделе мы рассмотрим системы охлаждения с замкнутым контуром, чтобы провести более наглядное сравнение.
sbb-itb-59e1987
3. Системы охлаждения замкнутого цикла
Системы охлаждения с замкнутым контуром обеспечивают баланс между традиционными методами испарительного охлаждения и инновациями Microsoft по охлаждению без воды. Эти системы работают за счет непрерывной циркуляции фиксированного объема жидкости в герметичном контуре. Жидкость поглощает тепло от серверов и оборудования, а затем отдает его через внешние радиаторы или теплообменники. В отличие от испарительного охлаждения, системы с замкнутым контуром удерживают воду, исключая испарение, дрейф и продувку.
В августе 2024 года компания Microsoft развила эту концепцию, представив центры обработки данных, специально разработанные для рабочих нагрузок ИИ, оснащенные системами охлаждения с нулевым испарением воды.
Использование воды
Одной из выдающихся особенностей систем с замкнутым контуром является их способность экономить воду. В отличие от испарительных систем, которым требуется постоянная подача воды, конструкции с замкнутым контуром требуют только первоначального заполнения во время настройки. Сохраняя воду в системе, эти конструкции значительно сокращают потребление воды. Центры обработки данных Microsoft подчеркивают эту эффективность, достигнув эффективности использования воды (WUE) 0,30 л/кВт·ч в последнем финансовом году. Это представляет собой улучшение на 39% по сравнению с 0,49 л/кВт·ч, зарегистрированными в 2021 году, и впечатляющее улучшение на 80% с момента их самых ранних моделей центров обработки данных.
Энергоэффективность
Системы с замкнутым контуром не только экономят воду; они также оптимизируют использование энергии. Снижая нагрузку на насос и поддерживая чистоту поверхностей теплопередачи, эти системы обеспечивают постоянную производительность энергии. Они требуют меньше энергии для перекачки и поддерживают эффективную теплопередачу с течением времени, что делает их надежным выбором для предсказуемого использования энергии.
Однако есть некоторые компромиссы. Хотя системы сухого охлаждения полностью исключают использование воды, они, как правило, потребляют больше энергии. Решение этой проблемы от Microsoft включает высокоэффективные чиллеры и охлаждение на уровне чипа, которые помогают управлять потенциальным ростом эффективности использования энергии (PUE).
Стоимость внедрения
Первоначальные затраты на системы с замкнутым контуром выше, чем на традиционные испарительные системы охлаждения, в основном из-за необходимости использования специализированных теплообменников и насосов. Однако эти затраты компенсируются долгосрочной эксплуатационной экономией. Расходы на техническое обслуживание ниже, а системы обеспечивают гибкость в установке. Например, оборудование для отвода тепла можно размещать более свободно по всему объекту без необходимости гидравлической балансировки. Эта гибкость и сокращение обслуживания способствуют долгосрочным эксплуатационным преимуществам системы.
Воздействие на окружающую среду
Экологические преимущества замкнутого контура охлаждения выходят далеко за рамки экономии воды. Жидкостные системы охлаждения, включая конструкции с замкнутым контуром, имеют потенциал для сокращения выбросов парниковых газов на 15%–82%, в зависимости от того, как они реализованы. Предотвращая испарение воды, эти системы снижают спрос на местные запасы воды. Кроме того, они снижают потребность в химической обработке, что снижает экологические риски, связанные с утилизацией и обращением с химикатами. Хотя эти преимущества значительны, тщательное планирование имеет решающее значение. Такие факторы, как химический состав охлаждающих жидкостей, методы утилизации и соблюдение нормативных требований, должны быть тщательно оценены, чтобы в полной мере извлечь выгоду из экологических преимуществ этих систем.
Преимущества и недостатки
Давайте рассмотрим, как различные методы охлаждения складываются с точки зрения преимуществ и проблем. Каждый подход имеет свой собственный набор компромиссов, влияющих на эксплуатационную эффективность, экологические соображения и бюджетные приоритеты.
Система охлаждения Microsoft без использования воды выделяется тем, что исключает использование пресной воды посредством охлаждения на уровне чипа. Этот метод является переломным моментом в решении проблемы нехватки воды, особенно с учетом того, что некоторые центры обработки данных потребляют миллионы галлонов воды ежедневно. Однако подвох заключается в его высоких первоначальных затратах и необходимости значительной модернизации инфраструктуры. Кроме того, энергоэффективность системы сильно зависит от источника питания, а сложность охлаждения на уровне чипа может привести к более высоким требованиям к обслуживанию и потенциальному простою.
Стандартное испарительное охлаждение давно является надежным и экономически эффективным выбором. Эти системы потребляют на 60–75% меньше электроэнергии по сравнению с традиционными системами кондиционирования воздуха на основе хладагента. Но есть и обратная сторона: они потребляют около 0,48 галлонов воды на киловатт-час, при этом 30–40% теряется из-за испарения. Во влажном климате их эффективность падает, и они могут нагружать местные водные ресурсы, потенциально загрязняя окружающую среду.
Системы охлаждения замкнутого цикла предлагают золотую середину, отдавая приоритет экономии воды без ущерба надежности. После заполнения эти системы избегают постоянной потери воды и поддерживают постоянную энергоэффективность благодаря чистым поверхностям теплопередачи. Они также имеют более низкие затраты на техническое обслуживание по сравнению с испарительными системами. Однако первоначальные инвестиции в специализированное оборудование могут быть высокими, а неправильная оптимизация может привести к увеличению потребления энергии.
Стоит отметить, что вода является невероятно эффективным проводником тепла — до 1000 раз эффективнее воздуха, — что делает системы охлаждения на основе жидкости особенно привлекательными в определенных сценариях.
| Метод охлаждения | Использование воды | Энергоэффективность | Стоимость внедрения | Воздействие на окружающую среду |
|---|---|---|---|---|
| Zero-Water от Microsoft | Эффективность водопользования (WUE) близка к нулю | Высокая (зависит от источника энергии) | Высокая (требуется охлаждение на уровне чипа) | Минимальное воздействие на местные водоразделы |
| Стандартный испарительный | Высокая (приблизительно 0,48 галлона/кВт·ч) | 60–75% меньше энергии, чем традиционный кондиционер | Умеренные первоначальные инвестиции | Может создать нагрузку на местные водные ресурсы |
| Замкнутый контур | Низкий (только начальное заполнение) | Постоянная, предсказуемая производительность | Более высокий первоначальный взнос, более низкие эксплуатационные расходы | Снижение зависимости от химической обработки |
Выбор правильной системы охлаждения зависит от нескольких факторов, включая местоположение, доступность воды, стоимость энергии и нормативные требования. Например, центры обработки данных в районах, подверженных засухе, могут склоняться к системам с нулевым потреблением воды или замкнутым контуром, в то время как объекты в регионах с большим количеством воды и более низкими расходами на энергию могут предпочесть испарительное охлаждение.
Поскольку ожидается, что рынок охлаждения центров обработки данных в США достигнет $3.5 млрд к 2025 году, эти решения становятся более важными, чем когда-либо. Хостинг-провайдеры, такие как Serverion необходимо тщательно оценить эти технологии охлаждения, чтобы найти правильный баланс между производительностью, стоимостью и экологической ответственностью, особенно при управлении глобальной сетью объектов.
Заключение
Технология охлаждения без использования воды от Microsoft знаменует собой важный шаг вперед для индустрии центров обработки данных. Решая проблему испарения воды с помощью решений охлаждения на уровне чипов, Microsoft показала, что можно достичь практически нулевой эффективности использования воды (WUE) при сохранении эффективности операций. Предстоящие пилотные проекты в Финиксе и Маунт-Плезант, запланированные на 2026 год, подвергнут испытанию этот инновационный подход.
Результаты, полученные на данный момент, трудно игнорировать. Сокращение WUE с 0,49 л/кВт·ч в 2021 году до 0,30 л/кВт·ч — снижение на 39% — означает экономию 125 миллионов литров воды на объект в год. Эти цифры подчеркивают, что экономия воды в больших масштабах не обязательно должна идти в ущерб производительности. Этот прогресс является ярким примером устойчивых методов работы центров обработки данных.
Для центров обработки данных, пересматривающих свои стратегии охлаждения, лучший выбор во многом зависит от местные потребности и условия. В районах с дефицитом воды, таких как Аризона, системы с нулевой водой или замкнутым контуром могут стать переломными моментами, особенно когда один гипермасштабный центр обработки данных может использовать до 1,5 миллионов литров воды ежедневно. С другой стороны, в регионах с обильными водными ресурсами традиционное испарительное охлаждение может пока иметь смысл, хотя более широкий фокус отрасли явно смещается в сторону сохранения.
По мере того, как растет потребность в эффективности использования воды, становится ясно, что это должно стать ключевым приоритетом проектирования. Поставщики, такие как Serverion, должны взвешивать производительность, затраты и воздействие на окружающую среду, адаптируя системы охлаждения к местным условиям воды и готовясь к будущим нормам.
Отрасль находится на перепутье, где она может удовлетворить растущий спрос на вычислительную мощность – особенно для рабочих нагрузок ИИ – не истощая жизненно важные водные ресурсы. Настоящий вопрос не в том, станут ли водосберегающие системы охлаждения нормой, а в том, как быстро они будут приняты для защиты сообществ, зависящих от этих ресурсов.
Часто задаваемые вопросы
Каковы преимущества экономии затрат системы охлаждения Microsoft без использования воды по сравнению с традиционным испарительным охлаждением?
Система охлаждения без использования воды от Microsoft: революционное решение для центров обработки данных
Система охлаждения с нулевым содержанием воды от Microsoft меняет способ управления охлаждением в центрах обработки данных, предлагая более разумную и экономичную альтернативу традиционным методам. Типичные центры обработки данных в значительной степени полагаются на испарительное охлаждение, которое может потреблять до 1,5 миллиона литров воды ежедневно. Это не только увеличивает счета за воду, но и увеличивает эксплуатационные расходы, особенно в районах, где вода дефицитна и дорога. Замкнутая система Microsoft полностью устраняет необходимость в пресной воде, потенциально экономя миллионы галлонов в год на центр обработки данных – огромная победа как для бюджета, так и для ресурсов.
Но преимущества выходят за рамки простого сокращения расходов. Эта инновационная система повышает эффективность за счет снижения зависимости от внешних источников воды, делая ее более устойчивой и экологически чистой. Она также поддерживает амбициозную цель Microsoft стать водоположительной к 2030 году, решая нормативные требования и репутационные проблемы, связанные с чрезмерным использованием воды. Перейдя на охлаждение без использования воды, центры обработки данных могут экономить критически важные ресурсы, гарантируя при этом свою финансовую устойчивость в долгосрочной перспективе.
С какими препятствиями может столкнуться Microsoft при внедрении охлаждения без использования воды в своих существующих центрах обработки данных?
Проблемы перехода на системы охлаждения без использования воды
Microsoft преодолевает несколько препятствий, работая над адаптацией своих центров обработки данных к системам охлаждения с нулевым потреблением воды. Одна из самых больших проблем заключается в перестройке существующей инфраструктуры. Переход от традиционного охлаждения на основе воды к усовершенствованным замкнутым системам на уровне чипов требует существенных технологических обновлений. Эти обновления обходятся дорого и требуют значительного времени для внедрения.
Еще одной насущной проблемой является потенциальный перегрев, особенно с учетом растущего спроса на высокоплотные рабочие нагрузки, такие как ИИ. Для обеспечения надежной и эффективной работы этих новых систем охлаждения необходимы тщательное тестирование и постоянное совершенствование.
Вдобавок ко всему, внедрение охлаждения с нулевым потреблением воды в регионах с ограниченными водными ресурсами может столкнуться с нормативными барьерами или даже сопротивлением со стороны местных сообществ. Крупномасштабные центры обработки данных иногда рассматриваются как нагрузка на и без того скудные ресурсы, что может усложнить попытки получить одобрение или поддержку сообщества.
Даже несмотря на эти препятствия, системы охлаждения с нулевым потреблением воды представляют собой значимый шаг к более устойчивым решениям для центров обработки данных, особенно в регионах, где экономия воды является главным приоритетом.
Какую пользу приносит окружающей среде система охлаждения Microsoft с нулевым использованием воды?
Компания Microsoft представила систему охлаждения без использования воды, которая основана на конструкция с замкнутым контуром, который рециркулирует воду в системе. Эта установка предотвращает испарение и устраняет необходимость в пресной воде, что делает ее невероятно эффективной. Фактически, этот подход, как ожидается, сэкономит около 125 миллионов литров м воды в год для каждого центра обработки данных, использующего систему.
Помимо экономии воды, система также повышает энергоэффективность, который играет ключевую роль в сокращении углеродного следа центров обработки данных. За счет решения проблем как потребления воды, так и потребления энергии, метод охлаждения Microsoft устанавливает новый стандарт экологически сознательных практик в мире технологий.
