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Allied Control Zweiphasen-Kühlung: Von wenigen hundert Watt bis zu 1,4 MW

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alliedcontrolBereits mehrfach haben wir über die Kühlung mittels Zweiphasen-Flüssigkeit berichtet. Einige Hersteller hatten eine solche Kühlung als Konzept bereits mehrfach auf Messen ausgestellt – darunter Gigabyte. Zur Gamescom zeigte Caseking dann sogar ein Gaming-Komplettsystem mit dieser Kühlungsvariante. Derzeit findet in Denver in den USA die Supercomputing 2017 (SC17) statt und auch hier gibt es wieder Neuigkeiten rund um Systeme mit eben dieser Zweiphasen-Flüssigkeit.

Allied Control hat sich bei der sogenannten Immersion Cooling bereits einen Namen gemacht und bietet unterschiedliche Konzepte an. Auf der Computex wurde ein Tank präsentiert, der ebenfalls die Zweiphasen-Flüssigkeit enthielt und in dem Mining-Systeme untergebracht werden sollten. Im Falle der Demo auf der Computex war dies ein System bestehend aus zehn GeForce GTX 1070. Die Flüssigkeit soll dabei eine Temperatur von 38 °C gehabt haben. Über den Chips verdampft diese ab einer Temperatur von 61 °C.

Bei Allied Control arbeitet man aber an unterschiedlichen Konzepten und will zukünftig ganze Server und Supercomputer bestücken. In der kleinsten Ausbaustufe verwendet Allied Control einen Container, in dem Platz für ein 19-Zoll-Server-Rack sein soll. Die Abwärme, die abgeführt werden kann, liegt bei 18 bis 225 kW. Möglich ist dabei der Einbau von unterschiedlicher Hardware. Die CPUs, GPUs, FPGAs und ASICs müssen nur je nach Abwärme mit einem kleinem passiven Kühlkörper bestückt werden.

In den größeren Ausbaustufen sollen mittels des DataTank-Systems aber auch größere Server gekühlt werden können. Allied Control sieht hier als Größenbeispiel einen Hochseecontainer vor, in dem eben erwähnte Racks verbaut sind, die gemeinsam eine Abwärme von 1,4 MW erzeugen.

Derzeit setzt noch keine größere Server-Installation auf eine Lösung von Allied Control. Man arbeitet zwar mit zahlreichen Partnern an einer entsprechenden Umsetzung, wohl aber auch aufgrund der aufwändigen Abdichtung sowie der mangelnden Erfahrung mit einer solchen Kühllösung wird bei aktuellen Supercomputern meist noch auf die klassische Luftkühlung gesetzt. Daneben gibt es inzwischen einige Installationen mit Heißwasserkühlung und einige wenige sitzen in einem Ölbad und werden über ein entsprechend aufbereitetes Mineralöl gekühlt. Dennoch sind die Zweiphasen-Flüssigkeitskühlung immer wieder ein Highlight.

Hintergrund zur Zweiphasenflüssigkeit

Bei einer Zweiphasen-Flüssigkeit wird keine Kombination aus Metallkühler und Luft oder einer Flüssigkeit als Transportmittel der Abwärme verwendet, sondern eine von 3M entwickelte Spezialflüssigkeit. 3M arbeitet dabei wiederum mit Allied Control, einem Unternehmen aus Hong Kong, zusammen. Bei der erwähnten Kühlung kommt eine inerte, also träge Flüssigkeit zum Einsatz, die nicht leitfähig ist. Bei 3M wird diese Flüssigkeit unter dem Produktnamen Novec angeboten. Mit den ersten Tests zu einer solchen Kühlung hatte 3M bereits im November 2012 begonnen. Die 3. und aktuellste Generation startete ab Oktober 2015 in die finale Testphase.

Bei einer Zweiphasen-Flüssigkeitskühlung wird die zu kühlende Hardware in die besagte Flüssigkeit eingetaucht. Dort, wo sie Wärme aufnimmt, verdampft sie und steigt in der Kühlung auf. Um dies zu erreichen, liegt der Siedepunkt der Flüssigkeit bei 61 °C. Im oberen Bereich des zu kühlenden Servers wird dieses Gas aufgefangen und kondensiert dort wieder. Daraufhin kann es in den Kühlbehälter zurücklaufen und der Kreislauf beginnt von vorne. Eine Pumpe ist nicht notwendig, da die Flüssigkeit in Form des Dampfes selbständig aufsteigt und auch wieder zurückfließt.

Die von 3M entwickelte Flüssigkeit besteht laut eigenen Angaben aus 70 % 1,2-Trans-Dichloroethylene, 4 bis 16 % Ethyl-Nonafluorobutyl-Ether, 4 bis 6 % Ethyl-Nonafluoroisobutyl-Ether und einigen weiteren Methyl-Varianten. Natürlich aber möchte 3M die genaue Zusammensetzung nicht verraten.

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Kommentare (5)

#1
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Registriert seit: 27.07.2015
Hannover
Oberleutnant zur See
Beiträge: 1322
Den Container kann man sich gut in den Garten stellen. :lol:
#2
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Registriert seit: 06.02.2014
Im sonnigen Süden
Admiral
Beiträge: 12404
Wie genau konnten die Chips auf 38 Grad gehalten werden, wenn die Flüssigkeit erst bei 61° verdampft?
Reicht die Konvektion schon davor aus, um so zu kühlen wie mit einer Pumpe?


Interessant ist die Methode natürlich und sieht auch hammer aus!
Leider klingt die Flüssigkeit der Zusammensetzung nach, nicht preiswerter als diese Mineralölalternative für nicht-verdampfende Immersionskühlung. Da war der Preis irgendwo bei 1000$ pro Galone...
Alles coole ist wie immer teuer :D Hier im buchstäblichen Sinn!
#3
Registriert seit: 13.09.2008
Oben uff'm Speischer
Kapitän zur See
Beiträge: 3145
Zitat DragonTear;25952774
Wie genau konnten die Chips auf 38 Grad gehalten werden, wenn die Flüssigkeit erst bei 61° verdampft?
Reicht die Konvektion schon davor aus, um so zu kühlen wie mit einer Pumpe?


Die Chips sind nicht bei 38 Grad, die Kühlflüssigkeit ist es. Bzw. war es in dem genannten Beispiel von der Computex.

Schließlich muss auch bei diesem Kühlsystem die Wärme irgendwo hin. Ist genauso wie bei einer Wasserkühlung im heimischen PC: Laien vergessen ganz schnell, das eine Wasserkühlung eigentlich nur ein zwischengeschalteter Schritt ist. Anstatt einen Luftkühler direkt auf dem Prozessor zu montieren, transportierst du mit Wasser die Wärme vom Prozessor zu einer Luftkühlung.

Bei dieser Zweiphasen-Kühlung ist das nicht anders: die Flüssigkeit nimmt die Wärme auf, verdampft, wandert zu einem Luftkühler, und wird dort wieder kondensiert, während die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Und wie alle Wärmepumpen hat auch dieses System keine 100%ige Transfereffizienz. Es bestehen immer Deltas zwischen der Temperatur der Umgebungsluft, der Temperatur des Radiators, und der Temperatur, auf die die Kühlflüssigkeit heruntergekühlt werden kann. Wenn es in der Messehalle auf der Computex z.B. 28 Grad hatte, dann gab es ein 10 Grad Delta zwischen Umgebungsluft und Kühlmittel.

Diese 38 Grad warme, frisch kondensierte Flüssigkeit fließt dann zurück in den Tank. Selbst wenn die Flüssigkeit kälter angefangen hat - wenn das System lange genug läuft, pendelt es sich bei diesem Equilibriumspunkt ein.

Die Chips waren wahrscheinlich irgendwo um die 70 Grad, je nachdem, wie der passive Wärmetauscher auf den Chips ausgelegt ist. Mehr Fläche -> mehr Kontakt zur Flüssigkeit -> niedrigere Temperatur. Aber unter 60 Grad wirst du die damit unter Last auch nicht kriegen, unabhängig von der verwendeten Fläche.
#4
Registriert seit: 16.11.2008

Matrose
Beiträge: 9
Heatpipes funktionieren ja im Endeffekt auch nach dem gleichen Prinzip. Man sieht halt nichts davon... und ist nicht so spektakulär :D
#5
customavatars/avatar2215_1.gif
Registriert seit: 02.07.2002

Flottillenadmiral
Beiträge: 5516
Aufgrund der genannten Stoffe, gehe ich mal von einer hohen Brennbarkeit aus, womit es für Serverfarmen und Co nichts ist. Die Flüssigkeit darf eben weder leitend noch brennbar sein damit erübrigt sich der Thread als auch der Industrielle Einsatz. Geschlossene Systeme wie z.B bei einem Kühlschrank, sind Plicht sonst wird das nix.

1,2-Dichlorethen – Wikipedia

Und Einatmen sollte man das Zeug auch nicht.
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