CPU’s koelen met water

Oude tijden herleven met de aanpak van Knürr. Deze Duitse firma heeft een systeem ontwikkeld waarmee zwaar belaste servers extra gekoeld kunnen worden door water direct langs de processoren te sturen.

Ondanks alle plannen van chip- en systeemfabrikanten om producten te ontwikkelen die zuiniger met energie omgaan, is de kans groot dat het koelingprobleem waarmee veel datacenters worstelen de komende tijd alleen nog maar groter wordt. Met een afgifte van zeventig tot honderd watt per tien vierkante centimeter is het warmteprobleem nu al groot. De eerste processoren die 130 watt afgeven zijn al enige tijd op de markt en wie zijn oor te luister legt bij de industrie hoort dat een toekomstige afgifte van 150 watt per tien vierkante centimeter zeker niet uitzonderlijk mag worden genoemd.

Waterslang bij cpu

Het is de vraag of de gangbare methoden van koelen daar nog wel tegenop zijn gewassen. Met een conventionele airconditioning kan in theorie circa 1500 watt per vierkante meter worden afgevoerd. In de praktijk verstoren obstakels en verkeerd geplaatste tegels een ongestoorde luchtcirculatie. Hierdoor mogen we al blij zijn als we tot 1000 watt per meter komen. Oude computercentra komen vaak zelfs niet verder dan 300 tot 500 watt per vierkante meter.

De steeds populairder wordende serverracks kunnen in de regel tot maximaal 12 kW afvoeren. Gaat het echter om volledig volgeplaatste racks waarin bijvoorbeeld ook veel communicatieapparatuur is opgenomen, dan loopt de warmteproductie al gauw in de richting van 20 kW. Met airco en geforceerde luchtkoeling is dat vaak niet meer af te voeren.

Warmtewisselaars

Vandaar dat firma’s als Knürr en Rittal in dat soort gevallen overgaan tot waterkoeling. Nu bestaan er twee soorten waterkoeling. De meest conventionele gaat uit van een warmtewisselaar die in de deur of achterzijde van de kast wordt aangebracht. Deze manier van werken zien we soms al vanaf 10 kW toegepast worden. Hierbij wordt koude water door de leiding in de kast gestuurd. Een liter water per seconde en een luchtstroming van vierduizend liter per seconde is voldoende om 20 kW af te voeren.

Knürr gaat nog een stap verder. Dit bedrijf heeft een systeem ontwikkeld waarbij in de kast twee verticale leidingen worden ingebouwd. Een voor de aanvoer van warm water en een voor het afvoeren van warm water. Vanuit de koude leiding loopt een flexibele leiding - een kunststof slang - naar de processor en neemt daar warmte op die via de warme leiding wordt afgevoerd. Het water kan gewoon uit de bestaande waterleiding worden afgetapt.

Overklokken kan ook

Het Duitse bedrijf stelt dat dit systeem in staat is om minimaal 150 watt per tien vierkante centimeter af te voeren. Tests zouden bovendien hebben aangetoond dat ook 200 watt afvoeren geen probleem is. In de regel wordt een maximale temperatuur van de processor van zeventig graden gehanteerd. Knürr stelt dat deze koelingmethode de temperatuur op vijftig graden kan houden, zodat de cpu optimaal kan presteren. Sterker nog, het bedrijf heeft proeven gedaan met het overklokken van processoren. De extra hitteproductie die dit met zich meebrengt, bleek zonder problemen te kunnen worden afgevoerd.

Het met water koelen van computersystemen is niet nieuw. In de tijd dat de mainframes ten aanzien van informatieverwerking nog de toon zette, was waterkoeling al heel normaal. Moderne servers worden tot nu toe echter alleen met al of niet geforceerde lucht gekoeld. De enorme concentratie aan apparatuur in een zeer kleine ruimte maakt dit echter steeds lastiger. Met water koelen daar waar de hittebron zit - vooral de processor - kan dan een aantrekkelijke manier van werken zijn. Nu moeten it-managers alleen nog hun angst voor water overwinnen. Desgevraagd kan Knürr namelijk nog geen klanten noemen die deze manier van werken in een productieomgeving toepassen.