Химики нашли, как сэкономить на охлаждении ЦОДов

Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН» изучили структуры на основе мезопористого силикагеля и выяснили, что они могут оптимизировать системы охлаждения серверного оборудования, эффективно преобразуя вырабатываемое им тепло. По некоторым расчётам, это позволяет снизить затраты электроэнергии центрами обработки данных (ЦОД) более чем на 20%.

С развитием технологий на базе ИИ спрос на серверы стремительно растёт. В современных дата-центрах используются процессоры последнего поколения, потребляющие до 500 Вт, и видеокарты для машинного обучения, требующие до 700 Вт. Тепловыделение увеличивается в геометрической прогрессии с ростом вычислительной мощности. До 40% энергопотребления дата-центров уходит на удаление избыточного тепла и работу систем охлаждения.

Как сообщается на сайте РАН, для охлаждения серверных стоек с низкой плотностью оборудования применяются системы воздушного охлаждения с кулерами. Однако их технические возможности уже не соответствуют требованиям современных компьютерных компонентов. В случае высокой плотности серверов используется жидкостное охлаждение, где тепло от электронных компонентов отводится циркулирующей водой и рассеивается в окружающей среде.

Сотрудники ИК (Институт катализа) СО РАН исследовали адсорбционные системы с применением мезопористого силикагеля, поры которого имеют размер от 2 до 8 нанометров. Они показали, что бросовое тепло, выделяемое серверными стойками, можно эффективно использовать для дополнительного охлаждения серверов. Этот метод представляет собой перспективный способ снижения энергопотребления дата-центров в условиях роста удельной мощности серверного оборудования.

Научный сотрудник отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН, кандидат химических наук Марина Соловьёва, рассказала, что технология адсорбционного охлаждения позволяет повторно использовать тепло, выделяемое серверными стойками высокой плотности, для охлаждения стоек низкой плотности. Исследования показали, что уровень экономии электроэнергии может достигать 22%.

Соловьева отметила, что в лабораторных установках адсорбционного охлаждения используется микропористый силикагель, который оптимально работает при температуре источника теплоты от 80 до 100 °C. Тепло, отходящее от стоек высокой плотности, имеет более низкую температуру — от 40 до 60 °C. Мезопористые структуры демонстрируют более высокую эффективность в этом температурном диапазоне, позволяя увеличить количество воды, участвующей в цикле, почти вдвое. Это положительно сказывается на повышении эффективности и компактности охлаждающей установки. Теоретический КПД адсорбционного цикла на уровне материала достигает 86 %, а с учётом массы теплообменника и теплоносителя — 73 %. Ещё одно преимущество мезопористого силикагеля заключается в его промышленной доступности и низкой стоимости.

Учёные продолжают исследования адсорбционных свойств мезопористого силикагеля. В дальнейшем планируется тестирование лабораторного прототипа адсорбционного холодильника с использованием предложенного материала.