Toute personne qui saute dans une piscine froide un jour chaud comprend l’efficacité du refroidissement par liquide. Cette idée ne date pas d’hier. Les radiateurs automobiles, l’un des premiers exemples de refroidissement par liquide dans l’industrie, existent depuis près de 125 ans.
Toute personne qui saute dans une piscine froide un jour chaud comprend l’efficacité du refroidissement par liquide. Cette idée ne date pas d’hier. Les radiateurs automobiles, l’un des premiers exemples de refroidissement par liquide dans l’industrie, existent depuis près de 125 ans. Utiliser le refroidissement par liquide, entre autres méthodes de réduction de la température, n’est pas non plus une idée nouvelle pour les centres de données, où la chaleur incontrôlée des serveurs, des processeurs haute puissance et d’une myriade d’équipements électroniques pourrait causer de graves problèmes. Alors que les applications de refroidissement par liquide des centres de données ont été relativement limitées à des systèmes à haute température spécifiques, les charges de travail exigeantes en ressources informatiques et en données des nouvelles configurations de serveurs continuent de faire augmenter les températures, en s’intéressant davantage aux méthodes de gestion thermique des liquides appliquées de manière plus générale.
La conception physique d’un centre de données donne la priorité à la réduction de la chaleur car, lorsqu’il est question de systèmes électroniques, la température élevée nuit aux performances et peut même détruire le système. Même si la limite absolue de température ambiante d’un centre de données est de 82 °F (env. 27,8 °C), selon certaines recommandations du secteur, la plage de températures idéale devrait se situer quelque part entre 73 °F et 75 °F (env. entre 22,8 °C et 23,9 °C). [1] Comme vous pouvez l’imaginer, le montant de la facture de climatisation est élevé, sans parler d’une perte importante sur le réseau électrique. Il est donc essentiel de s’assurer que la température des systèmes de serveurs (et autres appareils électroniques) soit contrôlée autant que possible, non seulement pour garantir que le stockage et le traitement des données ne soient pas interrompus, mais aussi pour rendre les opérations plus efficaces sur le plan énergétique et moins coûteuses.
Outre le refroidissement actif par circulation d’air (climatisation, ventilateurs, etc.) et des conceptions de structure optimisées comme des planchers surélevés qui contribuent à optimiser les possibilités de circulation d’air, le refroidissement des systèmes électroniques de l’intérieur vers l’extérieur est tout aussi essentiel, en particulier dans les baies de serveurs. L’utilisation de matériaux d’interface thermique (TIM), de dissipateurs thermiques et de systèmes de refroidissement par liquide dans l’électronique du serveur haute densité sont les principales méthodes pour réduire la température dans l’application. Pour toutes ces approches, une innovation massive est en cours alors que les volumes et les débits de données induits par l’IA, l’extraction de données et l’analyse ne font que s’intensifier, et devenir plus chauds.
Le refroidissement par liquide dans les centres de données prend de nombreuses formes, des tuyaux de refroidissement fixés aux plaques de refroidissement ou au châssis entre les circuits imprimés/modules aux systèmes de refroidissement par immersion complète, qui immergent des baies entières. un liquide de refroidissement (eau ou liquide de refroidissement diélectrique) circule à travers des tuyaux ou d’autres structures qui refroidissent l’interface métallique qui agit comme un dispositif de collecte de chaleur pour les puces informatiques hautes performances. Dans le cas du refroidissement par immersion, les composants sont complètement immergés [2] dans des réservoirs où circule un liquide de refroidissement diélectrique qui n’endommage pas les composants, afin de réduire la température de fonctionnement du système. Alors que les plaques de refroidissement pour les cartes/baies de serveurs et le refroidissement par immersion n’ont été utilisés que dans certaines parties du centre de données, cette méthode de contrôle de la température devrait connaître un TCAM (Taux de Croissance Annuel Moyen) de 20 % de 2022 à 2028 [3] à mesure que le volume et l’intensité des données continuent d’augmenter.
Les opérateurs de centres de données sont amenés non seulement à gérer l’optimisation des performances par la réduction de la chaleur, mais également à garantir des usines de données plus durables et plus efficaces sur le plan énergétique. Le refroidissement par air ne peut pas tout résoudre lorsque les densités de puissance sont élevées. Le refroidissement par liquide vient compléter l’équation de la réduction de la température en ayant recours à de l’eau recirculée (c’est-à-dire en réduisant les déchets) ou à des liquides de refroidissement très efficaces. Cela permet de réduire considérablement la consommation de courant. La question qu’il faut se poser est la suivante : est-il possible d’accroître encore davantage les effets positifs du refroidissement par liquide ?
Par le passé, des tentatives ont été réalisées pour améliorer encore la dissipation de chaleur des systèmes de refroidissement par liquide en utilisant des TIM entre le composant et les tuyaux/plaques/châssis métalliques de refroidissement par liquide. Cela accélère la dissipation de la chaleur entre ce qui serait autrement des contacts métal sur métal. Cette idée a du mérite. Malheureusement, les matériaux d’interface thermique disponibles ne sont pas adaptés à l’application, comme c’est le cas avec les gels et les liquides, ou, dans le cas des tampons et des adhésifs, ne peuvent pas résister à la friction souvent induite par les composants enfichables dans le boîtier et/ou sur le circuit imprimé inséré dans des structures de plaques refroidies par liquide et séparées. Les matériaux sont poussés ou grattés et deviennent essentiellement inefficaces.
Toutefois, la récente innovation en matière de TIM montre un potentiel d’amélioration du refroidissement par liquide. Ayant fait ses preuves en matière de réduction de la chaleur pour les modules optiques enfichables (POM) des émetteurs-récepteurs, un matériau d’interface micro-thermique (mTIM) durable appliqué en une couche ultrafine accélère la dissipation de la chaleur en fournissant une interface thermoconductrice, supérieure au transfert de chaleur métal-métal. Actuellement utilisée pour les POM OSFP 400 GbE dans les centres de données, cette solution a permis de réduire considérablement la température par rapport à une interface métal sur métal. L’effet collectif de la réduction de chaleur par POM (une carte de ligne peut contenir jusqu’à 32 POM) est encore plus important. Bien qu’une étude des performances du mTIM avec les conceptions de refroidissement par tuyauterie et par immersion soit encore à ses débuts, les propriétés et les attributs du revêtement durable suggèrent qu’il peut considérablement accélérer le refroidissement pour les structures de refroidissement par liquide. Le matériau est compatible avec plusieurs métaux, ultrafin à 25 µm (+/- 5 µm) et extrêmement durable.
Alors que les baies de serveurs des centres de données deviennent plus chaudes et que même les solutions de refroidissement par liquide les plus efficaces atteignent leurs limites, l’innovation en matière de contrôle thermique, comme le mTIM, peut être un facteur à prendre en compte pour permettre un fonctionnement encore plus durable et hautement performant.
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