Immersion koeling is een geheel andere wijze van koeling van de IT hardware dan dat we nu gewend zijn. Uiteraard roept dat vragen op. Daarom leggen we graag uit wat IT vloeistof koeling is, waarom we het toepassen en wat de voordelen zijn. En om een goed en eerlijk beeld te geven zullen we ook aandachtspunten en nadelen benoemen.

Het traditionele Datacenter | Luchtkoeling​

In een traditioneel Datacenter zijn de serversystemen ondergebracht in 19 inch racks. In de server zit de processor. Door de grote rekenkracht wordt deze warm. Om ervoor te zorgen dat de processor niet te warm wordt koelen we deze af door er koude lucht overheen te blazen. Deze koude lucht wordt door downflow (CRAC) of bijvoorbeeld In-Row systemen ‘geleverd’. Deze koelinstallaties werken op basis van water/glycol, DX en soms met buitenlucht.

Het kenmerk van deze oplossing is dat er veel energie verbruikt wordt en dat er een limiet is aan het omlaag brengen van de temperatuur van de processor. Dat laatste is de uitdaging voor de toekomst. De processor fabrikanten van de toekomst geven zelf aan dat de traditionele manier van koelen niet meer toereikend is om de prestaties van de toekomst bij te benen. Met andere woorden koelen met lucht heeft z’n langste tijd gehad. De partijen staan in de startblokken om hun nieuwste processoren te implementeren. We staan aan de vooravond van een grote verandering!

Nog hogere temperaturen | Hoe houden we die onder controle?​

De markt vraagt om een nieuwe manier van koelen. Zodat de nieuwste processoren hun rekenkracht maximaal kunnen benutten. Welke oplossingen zijn er al?

• Oplossing 1 : Rear Door Cooling
  De standaard deur van het 19”inch rack wordt hier vervangen door een deur met daarin het koellichaam. Als het ware een compact airconditioning systeem op basis van water. Voordat de warme lucht uit de server de ruimte in wordt geblazen (en retour gaat naar de CRAC in de ruimte) stroomt deze eerst door deze speciale deur. De hoge temperatuur van 30˚- 40˚C die de server verlaat zal worden afgekoeld naar +/- 23˚-25˚. Hierdoor ontstaat er een aangenamere werkomgeving.
  
• Oplossing 2 : Direct Liquid Cooling – DLC
  We koelen met water direct bovenop de processor. Via een waterdicht slangensysteem brengen we vloeistof op de processor waardoor deze afkoelt. De overige onderdelen in het serversysteem kunnen we als het noodzakelijk is afkoelen met lucht. Deze manier van koelen is gelimiteerd tot een processor vermogen van +/- 400W.
  
• Oplossing 3 : Immersion Cooling
  We dompelen het volledige serversysteem en andere devices onder in een niet geleidende vloeistof. Immersion koeling. Het hele systeem koelen we hierdoor af inclusief de processor en hergebruiken de vrijgekomen warmte om bijvoorbeeld het kantoorgebouw of woonhuizen te verwarmen. Processoren met een vermogen van bijvoorbeeld 700W kunnen hierdoor maximaal presteren.

Het Immersion Datacenter IM-DC | Het principe single phase​

Immersion cooling is een koeltechniek waarbij IT componenten en andere electronica, waaronder complete servers, worden ondergedompeld in een diëlektric (niet geleidbare) vloeistof, dat een significant hoger thermische opname capaciteit heeft dan lucht. De warmte wordt opgenomen door de circulerende vloeistof die in direct contact komt met de hete componenten van deze elektronica en wordt terug gekoeld door een warmte wisselaar gekoeld door water/glycol.

Immersion koeling | De serversystemen & devices​

In de 19 inch – OCP tank monteren we de servers. Als het ware een gesloten 19 inch serverrack die op z’n rug ligt. De tank is gevuld met de niet geleidende vloeistof zodat alle componenten die op de 19 inch profielen zijn gemonteerd volledig onder de vloeistof zitten inclusief hun voedingen en connectivity. De circulerende vloeistof koelt de temperatuur af doordat de warmte wordt opgenomen. De warme vloeistof stroomt door de warmtewisselaar. Aan de andere zijde stroomt er koud water door de wisselaar. Dit water koelen we af met behulp van een droge koeler of koeltoren. Zonder mechanische koeling.

De grote hardware leveranciers hebben nu al ‘immersion ready’ systemen beschikbaar. Af fabriek.

Immersion koeling | Heb je het echt nodig?​

Het antwoord is ja. De nieuwe generatie processoren kunnen onmogelijk hun maximale prestaties leveren door met lucht te blijven koelen. Met als gevolg dat de next generation processoren niet in een traditioneel Datacenter kan functioneren.

Daarnaast is het niet meer van deze tijd om energie te verspillen door complexe installaties met een hoog energieverbruik en hoge onderhoudskosten hun werk te laten doen. Niet erg milieubewust en vooral niet duurzaam.

Én onze buitentemperatuur speelt steeds een grotere factor. Een buitentemperatuur van 30 – 35˚ graden is meer realiteit dan uitzondering en dat heeft als gevolg dat installaties steeds complexer worden – bijvoorbeeld adiabatische systemen – om de temperatuur binnen nog enigszins binnen de perken te houden.

Complexer betekent in de meeste gevallen ook duurder in m² beslag, aanschaf en in gebruik (Opex & Capex) .

Last but not least. De energie in Nederland begint op te raken. Ons energie net staat onder druk. Huidige Datacenters liggen qua energie consumptie onder een vergrootglas.

Immersion koeling | Waar pas je het toe?​

Waar niet? Immersion koeling kan al worden toegepast vanaf 1kW aan IT-load. Een compacte behuizing waarin alles is geïntegreerd kan overal worden opgesteld zonder speciale voorzieningen. Er worden geen speciale eisen gesteld zoals een verhoogde vloer, Cold Corridor of bijvoorbeeld brandblussysteem. Alle ‘risico onderdelen’ zoals voedingen van apparatuur zitten namelijk ondergedompeld in de vloeistof.

Ook de voeding die je nodig hebt is een heel stuk ‘lichter’. Het enige onderdeel dat namelijk stroom verbruikt bij een Immersion opstelling is de pomp set. Én dat verbruik is extreem laag omdat we er alleen voor moeten zorgen dat de vloeistof blijft stromen.

Immersion koeling | Voor- én nadelen

Het systeem kent vele voordelen en toch zijn er ook nadelen. Om een goed beeld te geven van de Immersion oplossing is het vanzelfsprekend dat we de nadelen ook belichten.

De nadelen:

• De systemen zijn ondergedompeld. Hierdoor kunnen zwaardere systemen alleen met behulp van een meegeleverd hefsysteem rechtstandig uit de tank omhoog worden gebracht.

• Je moet even geduld hebben voordat je het serversysteem kan openen doordat de vloeistof uit de server moet lopen. Kost weinig tijd maar duurt nu eenmaal langer dan bij een 19” rack.

• De vloerbelasting is iets hoger dan bij een gevuld standaard 19” rack. Dat zit hem in het gewicht van de vloeistof.

• Wil je geen immersion ready systemen toepassen maar wil je de huidige servers onderdompelen dan moeten er een paar modificaties worden gedaan. De fan op de processor moet er bijvoorbeeld vanaf. Dat levert wel direct een aanzienlijke energie besparing van +/- 10-20 % op.

Een aantal voordelen:

• Je kan werken met een veel hoger temperatuur traject zodat de watertemperatuur hoog is en deze kan worden hergebruikt voor het verwarmen van bijvoorbeeld woningen

• Extreme reductie van het energieverbruik van de koel installatie

• Het is stil in het Datacenter doordat je geen CRAC’s of serversystemen meer hoort.

• Je kan de tank met geïntegreerde redundante pomp set overal neerzetten zonder speciale eisen

• Bij een grote installatie kun je werken met een centraal pomp systeem waarop je meerder tanks aansluit

• Je kan de tanks in veel gevallen koppelen op je huidige leiding stelsel en dry cooler

• Lage onderhoudskosten en veel minder beheer handelingen – checks

• Omdat je energieverbruik van de installatie heel veel lager is kun je die energie weer vrijmaken voor de IT-load. Of je verbruikt gewoon minder energie wat ook een voordeel is voor je klanten.

• Veel kortere implementatie tijd doordat de tank je running datacenter in één geheel is

• Je kan via het monitoring systeem 24/7 alles blijven bewaken. Visueel volg je de werking.

• Je kan subsidie aanvragen wanneer je besluit het energiezuinige systeem toe te passen.