Chłodzenie wodne – co to jest i czy warto?
Chłodzenie wodne, zwane także chłodzeniem cieczą, to metoda stosowana do obniżania temperatury procesorów komputerowych (CPU), a czasem także kart graficznych (GPU). W tym procesie jako medium chłodzące wykorzystuje się wodę, a nie powietrze, ponieważ woda może przewodzić ciepło około 30 razy szybciej niż powietrze. Ponadto system chłodzenia wodnego umożliwia pracę podzespołów komputera z wyższymi prędkościami przy jednoczesnym zmniejszeniu hałasu systemu.
Wszystkie urządzenia elektroniczne wytwarzają ciepło podczas pracy. Ponieważ podzespoły komputera są coraz szybsze i mniejsze, ilość wytwarzanego ciepła wzrasta i jest bardziej skoncentrowana w mniejszych obszarach. Tradycyjnie ciepło było odprowadzane z podzespołów za pomocą chłodzenia powietrzem, radiatorów, rurek cieplnych i wentylatorów chłodzących system. Jednak niektóre systemy komputerowe wytwarzają więcej ciepła niż jest w stanie odprowadzić tradycyjne chłodzenie powietrzem. Jest to częste w systemach prze taktowanych, z wieloma kartami graficznymi lub o dużej gęstości mocy. W przypadku takich wysokowydajnych systemów chłodzenie wodne może odprowadzać ciepło szybciej i skuteczniej, dzięki czemu systemy te działają szybciej, chłodniej i ciszej.
W systemach z chłodzeniem wodnym ciecz, zwykle coolant, jest pompowany przez rury. Ciecz odbiera ciepło z podzespołów i rozprasza je w chłodnicy. Zasada działania jest taka sama, jak w przypadku układu chłodzenia silnika w samochodzie, gdzie płyn chłodzący jest pompowany przez pompę do chłodnicy.
Chłodzenie wodne jest najczęściej spotykane w komputerach osobistych i komputerach przeznaczonych do gier wideo, ponieważ umożliwia podkręcanie procesora i układu graficznego przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej temperatury podzespołów. Może to wydłużyć żywotność komponentów, a także pozwala na budowę bardzo małych systemów z komponentami o dużej mocy.
Komponenty i rodzaje systemów chłodzenia wodnego
Systemy chłodzenia wodnego składają się z:
Pompa przepycha ciecz przez układ. Pompowana ciecz przepływa przez blok wodny - który jest przymocowany do procesora lub układu GPU - gdzie ciepło jest przekazywane z komponentu do cieczy. W jednym systemie może znajdować się więcej niż jeden blok wodny.
Podgrzany coolant trafia do chłodnicy, gdzie wentylatory wydmuchują chłodne powietrze na rury i wentylatory chłodzące, aby odprowadzić ciepło. W zbiorniku może znajdować się dodatkowa woda w celu zapewnienia większej masy termicznej i pojemności wodnej. Elastyczne lub twarde rury lub rurki transportują wodę w układzie. Często do wody dodaje się środek przeciwporostowy, aby zapobiec rozwojowi bakterii lub glonów.
Systemy chłodzenia wodnego dzielą się zasadniczo na dwie kategorie: z obiegiem otwartym i zamkniętym. W systemach z pętlą otwartą użytkownik projektuje system i buduje go z poszczególnych elementów. W pętli zamkniętej, zwanej również systemem typu "wszystko w jednym" (AIO), system chłodzenia jest kupowany jako wstępnie zmontowana jednostka. Systemy z pętlą otwartą zapewniają użytkownikowi większą elastyczność i możliwość wyboru. Systemy z pętlą zamkniętą często chłodzą jeden komponent, np. procesor, ale są proste i niezawodne.
Chłodzenie wodne w centrum danych
Historycznie rzecz biorąc, chłodzenie wodne w centrum danych jest rzadkością, ale w pewnych sytuacjach może być korzystne i staje się coraz bardziej powszechne. W tradycyjnych szafach serwerowych w centrach danych nie stosuje się chłodzenia wodnego, ponieważ spójność i łatwość konserwacji są ważniejsze od szybkości i wydajności.
Chłodzenie serwerów jest obliczane, a komponenty są wybierane pod kątem trwałości. Ciepło i przepływ powietrza w serwerach są tak zaprojektowane, że chłodzenie powietrzem jest wystarczające w większości przypadków. Ponadto, w porównaniu z chłodzeniem powietrznym, chłodzenie wodne wymaga dodatkowych czynności konserwacyjnych, takich jak sprawdzanie poziomu wody lub wymiana starzejących się elementów. A jeśli system chłodzenia wodnego ulegnie awarii, woda może uszkodzić serwer i wszystkie serwery znajdujące się poniżej niego w szafie, powodując szkody o wartości tysięcy dolarów. Dlatego w większości centrów danych stosuje się chłodzenie mechaniczne.
Niektóre typy serwerów mogą odnieść korzyści z chłodzenia wodą. Sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe i wysokowydajne klastry obliczeniowe mogą wymagać większej mocy obliczeniowej w mniejszej przestrzeni. Stojaki o bardzo dużej gęstości mogą wymagać chłodzenia wodnego w celu odprowadzenia generowanego przez nie ciepła, a serwery z kilkoma kartami graficznymi mogą korzystać z chłodzenia wodnego w celu gęstego układania w stosy. Nierzadko w serwerowni znajduje się kilka szaf z chłodzeniem wodnym. Klastry superkomputerów mogą być projektowane z wykorzystaniem systemów chłodzenia wodnego.
Zalety i wady chłodzenia wodnego w porównaniu z chłodzeniem powietrznym
Chłodzenie wodne ma swoje zalety i wady, m.in:
Zalety
- Większa wydajność chłodzenia
- Pozwala na większe zagęszczenie komponentów
- Cichsza praca
- Większa wydajność energetyczna
Wady
- Więcej czynności konserwacyjnych
- Przepływ wody powoduje szybsze zużywanie się bloków cieplnych niż radiatorów
- Większy koszt początkowy
- Nieszczelności mogą uszkodzić komputer
Ezoteryczne chłodzenie cieczą
W przypadku zanurzeniowego chłodzenia cieczą cały komputer i wszystkie jego podzespoły są zanurzone w cieczy nieprzewodzącej prądu elektrycznego. Najpopularniejszą cieczą do chłodzenia zanurzeniowego jest olej, ale niektóre firmy badają możliwość wykorzystania wysokowydajnych cieczy technicznych o niskich temperaturach wrzenia jako potencjalnych kandydatów do chłodzenia zanurzeniowego.
Chłodzenie zanurzeniowe jest stosowane w niektórych operacjach wydobywania krypto walut, ponieważ zapewnia bardzo wysoką wydajność chłodzenia na małej powierzchni.
Ciekły azot może być stosowany w krótkotrwałych sytuacjach ekstremalnego chłodzenia. Jest to ograniczone do zawodów w podkręcaniu, w których próbuje się sprawić, by komputer działał tak szybko, jak to możliwe przez krótki czas.
