Специалисты Федерального исследовательского центра «Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук» провели исследование материалов на основе мезопористого силикагеля и выявили их потенциал для оптимизации систем охлаждения серверов, обеспечивая эффективное использование выделяемого тепла. Это позволяет сократить затраты на электроэнергию в центрах обработки данных более чем на 20%.
В условиях динамичного роста рынка серверного оборудования, базирующегося на технологиях искусственного интеллекта, увеличивается потребность в высокоэффективных системах охлаждения дата-центров. За последний год доходы производителей серверного оборудования выросли на 60-200%, а количество серверов в мире за последние десять лет увеличилось более чем на 600%. Объем хранения данных за этот же период вырос на 2500%.
Современные процессоры потребляют до 500 Вт, а графические процессоры для задач машинного обучения — до 700 Вт. С увеличением вычислительной мощности тепловыделение возрастает экспоненциально, и до 40% энергопотребления дата-центров направляется на отвод тепла и работу систем охлаждения.
Для охлаждения серверных стоек с низкой плотностью оборудования применяются системы воздушного охлаждения на базе кулеров, однако их технические возможности не соответствуют требованиям современных компьютерных компонентов. Для серверов с высокой плотностью используется жидкостное охлаждение, где тепло от электронных компонентов отводится циркулирующей водой и затем рассеивается в окружающую среду.
Химики из Федерального исследовательского центра «Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук» исследовали адсорбционные системы на основе мезопористого силикагеля с порами размером от 2 до 8 нанометров. Установлено, что бросовое тепло, генерируемое дата-центрами, может быть продуктивно использовано для дополнительного охлаждения серверов. Это представляет собой перспективный метод снижения энергопотребления в дата-центрах, особенно в условиях повышения удельной мощности серверного оборудования.
Исследователь отмечает, что в лабораторных установках адсорбционного охлаждения применяется микропористый силикагель, эффективно функционирующий при температуре источника тепла 80-100 °C. Однако, тепло от стоек с высокой плотностью оборудования имеет температуру всего 40-60 °C. Мезопористые материалы демонстрируют более высокую эффективность в этом температурном диапазоне, позволяя увеличить количество воды, вовлеченной в цикл теплообмена, почти вдвое. Это положительно сказывается на эффективности и компактности установки. Теоретический коэффициент полезного действия цикла на уровне материала составляет 86%, а с учетом теплообменника и теплоносителя — 73%. Дополнительным преимуществом мезопористого силикагеля является его промышленная доступность и низкая стоимость.
Ученые продолжают исследования адсорбционных характеристик мезопористого силикагеля и планируют проведение тестирования лабораторного прототипа адсорбционного холодильного устройства на основе данного материала.