211service.com
Kyldatorer med små jetmotorer
Datorservrarna som fyller enorma datacenter producerar mer värme för varje ny generation av processorer. Det är ett problem som skickar ingenjörer på jakt efter kylfläktar som både är tillräckligt små för att passa in i allt mindre serverchassier och kraftfulla nog att skingra ökande mängder värme. På Hewlett-Packard har de hittat ett svar på ett oväntat ställe: modelljetflygplan.
En genomskuren vy av Hewlett-Packards nya kylfläkt med elektriska kanaler, som var anpassad från modelljetflygplansmotorer. (Bild med tillstånd av Hewlett-Packard.)
För att kyla sin nästa generation av kommersiella servrar använder företaget elektriska fläktar (EDFs), som ursprungligen utvecklades av modellflygplanhobbyister för att driva radiostyrda jetstrålar. Fläktarna är i huvudsak propellrar i en låda, de går så snabbt och producerar så mycket lufttryck att de borde kunna ge kylbehovet för de kommande generationerna av HP-servrar, enligt Wade Vinson, en ingenjör i företagets Industry Standard Server Group .
I en elektrisk kanalfläkt, som är den mest populära formen av radiostyrd jetmotor, placeras fläktens blad inuti ett rör eller kanal. Eftersom bladen är kortare än vanliga propellerblad, snurrar de snabbare och skapar därmed mer dragkraft. Dessutom minskar kanalen buller och förhindrar att luftvirvlar bildas runt bladens spetsar – vilket minskar dragkraften från traditionella propellrar.
Naturligtvis behöver datorservrar inte drivkraft, eftersom de i allmänhet inte går någonstans. Istället visade Vinson och hans team att EDF-blad kan designas om för att producera tryck. Fläktbladen på deras prototyper tvingar in luft i en servers chassi, så att en viss volym luft per minut strömmar förbi kylflänsarna (aluminium eller kopparflänsar fästa på de flesta processorer) och transporterar bort värme genom konvektion.
Slutprodukten är HP:s Active Cool Fan, planerad att debutera i nästa generation av BladeSystem-servrar. Vid sin mest effektiva inställning, enligt Vinson, förbrukar fläktarna bara en tredjedel av kraften hos traditionella datorfläktar; och de är mindre än vanliga fläktar, vilket innebär att ingenjörer kan göra servrarna tunnare och packa in mer elektronik i dem. Om du har 10 traditionella servrar idag skulle vi kunna lägga 16 servrar i samma utrymme, säger Vinson.
Prototypen av HP-fläktar är byggda av robustare, mer pålitliga delar än dagens datorfläktar, enligt Vinson, och de levererar luft med tillräckligt med kraft för att kyla de mindre, tätare och hetare servrarna på HP:s ritbord. De bokstavligen blåser bort dig, säger han; det är som att ta upp en lövblåsare.
Tiden är mogen för bättre datorkylningsteknik. I grund och botten är CPU: er små radiatorer, som råkar göra beräkningsarbete när de flitigt omvandlar elektricitet till värme. Varje watt energi som används av ett datacenters servrar i form av elektricitet måste drivas ut som uppvärmd luft. Men eftersom datortillverkare gör processorer mindre och snabbare och packar dem närmare varandra, har det blivit svårare och svårare att trycka tillräckligt med luft genom en server för att hålla elektroniken igång smidigt.
Denna situation kan leda till enorma problem för företagsdatacenter med hundratals eller tusentals servrar – till exempel de som håller vår onlineekonomi igång på anläggningar som hanteras av Google, Yahoo, eTrade och liknande. Servrar som överhettas kan stängas av, sakta ner bearbetningen och öka belastningen på andra servrar; och de tvingar företag att spendera hundratusentals dollar på nya luftkonditioneringssystem och elektriciteten för att driva dem.
Problemet blir också värre, eftersom mindre processorer innebär att fler pressas in i samma volym. Så sent som år 2000 förbrukade den genomsnittliga servern i storleksordningen 100 till 150 watt, säger Vinson. Den överstiger nu 400 till 500 watt. Och det skulle inte vara ovanligt att ha ett rack med servrar som drar 15 000 eller 20 000 watt – tillräckligt för att tända mer än 100 hem.
Medan amerikanska datortillverkare i flera år har drivit mestadels kinesiska tillverkare av datorfläktar att ompröva sina produkters motordesign och aerodynamik, har mängden luft som dessa traditionella fläktar kan trycka igenom ökat med inte mer än 5 procent per år. Denna brist på verkliga framsteg har visat sig vara en potentiell vägspärr i utvecklingen av serverteknologi. År 2003 hade vi en idé om hur vi ville att våra framtida servrar skulle se ut – men när vi började göra beräkningarna om vilken typ av fläkt som skulle behövas för att åka dit, var det tre gånger vad någon i branschen skulle kunna att leverera, säger Vinson.
Så småningom snubblade Vinson och Ron Noblett, vice vd för delade ingenjörstjänster på HP Industry Standard Server-gruppen, på den oortodoxa lösningen. Noblett, en modellflygplansentusiast, föreslog att hans kollega skulle undersöka de elektriska fläktarna som används i radiostyrda jetplan.
De flesta propellerdrivna modellflygplan har små bensinmotorer (som producerar det där välbekanta högljudda gnället). Men gasmotorer är inte idealiska för modelljet. Dessa leksaker på 4 000 dollar kan surra i mer än 200 kilometer i timmen och kräver blixtreflexer; om en pilot tappar kontrollen kan planets bränsletank förvandlas till en flygande bomb. Så i mitten av 1980-talet började hobbyister utveckla höghastighets, batteridrivna elmotorer som kunde placeras i flygkroppen eller under vingarna på ett modellplan.
Under de senaste 20 åren har denna elektriska flygindustri fortsatt drivit batterikraft, motorteknik och fläktbladsteknologi under förutsättningen att även om de går för långt och motorn dör under flygningen, har planet fortfarande sina kontrollytor och blir bara ett segelflygplan, säger Vinson. Att anpassa denna nya modelljet-teknik för att kyla servrar visade sig vara en enkel fråga om att ändra bladformen.
HP och rivaler arbetar också på andra sätt att lösa problemet med överdriven värme. Det finns vattenkylning, där kylflänsar ersätts av vattenblock med kanaler för rinnande vatten; fasförändringskylning, som liknar traditionell kylning; och Peltier-kylning, baserad på Peltier-effekten, där en ström som passerar genom två typer av metall gör att den ena värms upp och den andra svalnar. Men ett luftflöde är fortfarande det enklaste sättet att sprida värme.
Eftersom vi kan ta dessa kraftfulla EDF:er och omkonstruera dem, behöver killen med datacentret, som vet att han har den här tekniken, inte oroa sig för att göra en uppgradering av sina kylsystem om två år, och en rip-and-replace fem år från nu, säger Vinson. Han tillägger: Vi tror inte ens att vi är i närheten av att få ont om utrymme för att förbättra den här tekniken.
Hemsidabild: HP-fläkten med elektrisk kanal i sitt färdiga hölje. (Med tillstånd av Hewlett-Packard.)