211service.com
Computer di raffreddamento con piccoli motori a reazione
I server dei computer che riempiono enormi data center producono più calore con ogni nuova generazione di processori. È un problema che sta spingendo gli ingegneri alla ricerca di ventole di raffreddamento che siano sia abbastanza piccole da adattarsi a chassis di server sempre più piccoli sia abbastanza potenti da dissipare quantità crescenti di calore. Alla Hewlett-Packard, hanno trovato una risposta in un luogo inaspettato: modellini di aeroplani a reazione.
Una vista in sezione della nuova ventola di raffreddamento del server con canalizzazione elettrica di Hewlett-Packard, che è stata adattata dai motori dei modellini di aerei a reazione. (Immagine per gentile concessione di Hewlett-Packard.)
Per raffreddare la sua prossima generazione di server commerciali, l'azienda utilizza ventilatori a canale elettrico (EDF), originariamente sviluppati da hobbisti di aeromodelli per alimentare jet radiocomandati. Essenzialmente eliche in una scatola, le ventole funzionano così velocemente e producono così tanta pressione dell'aria che dovrebbero essere in grado di fornire le esigenze di raffreddamento per le prossime generazioni di server HP, secondo Wade Vinson, un ingegnere del gruppo di server standard dell'azienda .
In un ventilatore elettrico canalizzato, che è la forma più popolare di motore a reazione radiocomandato, le pale del ventilatore sono posizionate all'interno di un tubo o condotto. Poiché le pale sono più corte delle tipiche pale dell'elica, ruotano più velocemente, creando così più spinta. Inoltre, il condotto riduce il rumore e impedisce la formazione di vortici d'aria intorno alle punte delle pale, che indeboliscono la spinta prodotta dalle eliche tradizionali.
Ovviamente i server dei computer non hanno bisogno di spinta, dal momento che generalmente non vanno da nessuna parte. Invece, Vinson e il suo team hanno dimostrato che le lame EDF possono essere riprogettate per produrre pressione. Le pale della ventola sui loro prototipi forzano l'aria nello chassis di un server, in modo che un certo volume d'aria al minuto scorra oltre i dissipatori di calore (alette di alluminio o rame collegate alla maggior parte delle CPU) e trasporta il calore per convezione.
Il prodotto finale è Active Cool Fan di HP, previsto per il debutto nella sua prossima generazione di server BladeSystem. Nella loro impostazione più efficiente, secondo Vinson, le ventole consumano solo un terzo della potenza delle tradizionali ventole per computer; e sono più piccoli dei normali ventilatori, il che significa che gli ingegneri possono rendere i server più sottili e inserirvi più componenti elettronici. Se oggi hai 10 server tradizionali, potremmo mettere 16 server nello stesso spazio, afferma Vinson.
Secondo Vinson, i prototipi di ventole HP sono costruiti con parti più robuste e affidabili rispetto alle ventole per computer di oggi e forniscono aria con una forza sufficiente per raffreddare i server più piccoli, più densi e più caldi sui tavoli da disegno HP. Ti fanno letteralmente esplodere, dice; è come prendere in mano un soffiatore di foglie.
I tempi sono maturi per una migliore tecnologia di raffreddamento del computer. In sostanza, le CPU sono minuscoli radiatori, che svolgono un lavoro di calcolo mentre convertono alacremente l'elettricità in calore. Ogni watt di energia utilizzata dai server di un data center sotto forma di elettricità deve essere espulso come aria riscaldata. Tuttavia, poiché i produttori di computer rendono i processori più piccoli e più veloci e li compattano più da vicino, diventa sempre più difficile spingere abbastanza aria attraverso un server per mantenere l'elettronica senza intoppi.
Questa situazione può tradursi in enormi problemi per i data center aziendali con centinaia o migliaia di server, come quelli che mantengono in funzione la nostra economia online presso strutture gestite da Google, Yahoo, eTrade e simili. I server che si surriscaldano possono spegnersi, rallentando l'elaborazione e aumentando il carico su altri server; e costringono le aziende a spendere centinaia di migliaia di dollari per nuovi sistemi di condizionamento e l'elettricità per farli funzionare.
Anche il problema sta peggiorando, poiché i processori più piccoli significano che più sono compressi nello stesso volume. Di recente, nel 2000, il server medio consumava nell'ordine da 100 a 150 watt, afferma Vinson. Ora sta superando i 400-500 watt. E non sarebbe insolito avere un rack di server che eroga 15.000 o 20.000 watt, sufficienti per illuminare più di 100 case.
Mentre i produttori di computer statunitensi per anni hanno spinto la maggior parte dei produttori cinesi di ventole per computer a ripensare al design dei motori e all'aerodinamica dei loro prodotti, la quantità di aria che questi ventilatori tradizionali possono far passare è aumentata di non più del 5% all'anno. Questa mancanza di progressi reali si è profilata come un potenziale ostacolo allo sviluppo della tecnologia server. Nel 2003, avevamo un'idea di come avremmo voluto che fossero i nostri server futuri, ma quando abbiamo iniziato a fare i calcoli sul tipo di ventola che sarebbe stato necessario per andarci, era tre volte quello che chiunque nel settore sarebbe stato in grado di consegnare, dice Vinson.
Alla fine Vinson e Ron Noblett, vicepresidente dei servizi di ingegneria condivisa presso il gruppo HP Industry Standard Server, si sono imbattuti in una soluzione non ortodossa. Noblett, un appassionato di modellini di aeroplani, suggerì al suo collega di esaminare i ventilatori elettrici utilizzati nei jet radiocomandati.
La maggior parte dei modellini di aeroplani a elica trasporta piccoli motori a benzina (che producono quel familiare lamento acuto). Ma i motori a gas non sono l'ideale per i modelli di jet. Questi giocattoli da $ 4.000 possono ronzare a più di 200 chilometri all'ora, richiedendo riflessi fulminei; se un pilota perde il controllo, il serbatoio del carburante dell'aereo può trasformarsi in una bomba volante. Così, a metà degli anni '80, gli hobbisti iniziarono a sviluppare motori elettrici ad alta velocità alimentati a batteria che potevano essere posizionati nella fusoliera o sotto le ali di un aeroplano.
Negli ultimi 20 anni, questa industria del volo elettrico ha continuato a spingere la potenza della batteria, la tecnologia del motore e la tecnologia delle pale della ventola con la premessa che anche se si spinge troppo oltre e il motore muore in volo, l'aereo ha ancora le sue superfici di controllo e diventa semplicemente un aliante, dice Vinson. Adattare questa nuova tecnologia model-jet per il raffreddamento dei server si è rivelata una semplice questione di cambiare la forma della lama.
HP e rivali stanno lavorando anche su altri modi per risolvere il problema del calore eccessivo. C'è il raffreddamento ad acqua, in cui i dissipatori di calore sono sostituiti da blocchi d'acqua con canali per l'acqua corrente; raffreddamento a cambiamento di fase, simile alla refrigerazione tradizionale; e il raffreddamento Peltier, basato sull'effetto Peltier, in cui una corrente che attraversa due tipi di metallo provoca il riscaldamento di uno e il raffreddamento dell'altro. Ma un flusso d'aria è ancora il modo più semplice per disperdere il calore.
Poiché siamo in grado di prendere questi EDF ad alta potenza e riprogettarli, il tipo con il data center, sapendo di avere questa tecnologia, non deve preoccuparsi di fare un aggiornamento dei suoi sistemi di raffreddamento tra due anni, e un rip-and-replace tra cinque anni, dice Vinson. Aggiunge: Non pensiamo di essere nemmeno vicini all'esaurimento dello spazio per migliorare questa tecnologia.
Immagine della home page: L'elettroventilatore HP intubato nel suo alloggiamento finito. (Per gentile concessione di Hewlett-Packard.)