211service.com
Køle computere med små jetmotorer
Computerserverne, der fylder enorme datacentre, producerer mere varme med hver ny generation af processorer. Det er et problem, der sender ingeniører på jagt efter køleventilatorer, der både er små nok til at passe ind i et stadigt mindre serverchassis og kraftige nok til at fjerne stigende mængder varme. Hos Hewlett-Packard har de fundet ét svar et uventet sted: Jet-modelfly.
Et udsnit af Hewlett-Packards nye elektriske serverkøleventilator, som var tilpasset fra modeljetflymotorer. (Billede udlånt af Hewlett-Packard.)
For at afkøle sin næste generation af kommercielle servere bruger virksomheden elektriske ventilatorer (EDF'er), der oprindeligt er udviklet af modelflyhobbyister til at drive radiostyrede jetfly. I det væsentlige propeller i en boks kører blæserne så hurtigt og producerer så meget lufttryk, at de burde være i stand til at levere kølebehovet til de næste generationer af HP-servere, ifølge Wade Vinson, en ingeniør i virksomhedens Industry Standard Server Group .
I en elektrisk blæser, som er den mest populære form for radiostyret jetmotor, er blæserens blade placeret inde i et rør eller en kanal. Fordi bladene er kortere end typiske propelblade, spinner de hurtigere og skaber derved mere tryk. Ydermere reducerer kanalen støj og forhindrer lufthvirvler i at danne sig omkring spidserne af bladene - hvilket undertrykker trykket fra traditionelle propeller.
Naturligvis behøver computerservere ikke stød, da de generelt ikke går nogen steder. I stedet viste Vinson og hans team, at EDF-blade kan omdesignes til at producere tryk. Blæserbladene på deres prototyper tvinger luft ind i en servers chassis, så en vis mængde luft pr. minut strømmer forbi kølepladerne (aluminiums- eller kobberfinner fastgjort til de fleste CPU'er) og transporterer varme væk gennem konvektion.
Slutproduktet er HP's Active Cool Fan, der er planlagt til at debutere i sin næste generation af BladeSystem-servere. I deres mest effektive indstilling forbruger ventilatorerne ifølge Vinson kun en tredjedel af kraften fra traditionelle computerfans; og de er mindre end almindelige blæsere, hvilket betyder, at ingeniører kan gøre serverne tyndere og pakke mere elektronik ind i dem. Hvis du har 10 traditionelle servere i dag, kunne vi sætte 16 servere på samme plads, siger Vinson.
Prototypen af HP-blæsere er bygget af mere robuste, mere pålidelige dele end nutidens computerblæsere, ifølge Vinson, og de leverer luft med tilstrækkelig kraft til at afkøle de mindre, tættere og varmere servere på HP's tegnebrætter. De blæser dig bogstaveligt talt omkuld, siger han; det er som at tage en løvblæser op.
Tiden er moden til bedre computerkøleteknologi. I bund og grund er CPU'er små radiatorer, som tilfældigvis udfører beregningsarbejde, da de travlt omdanner elektricitet til varme. Hver watt energi, der bruges af et datacenters servere i form af elektricitet, skal udstødes som opvarmet luft. Men efterhånden som computerproducenter gør processorer mindre og hurtigere og pakker dem tættere sammen, er det blevet sværere og sværere at skubbe nok luft gennem en server til at holde elektronikken kørende.
Denne situation kan udmønte sig i enorme problemer for virksomhedens datacentre med hundredvis eller tusindvis af servere – såsom dem, der holder vores onlineøkonomi kørende på faciliteter administreret af Google, Yahoo, eTrade og lignende. Servere, der overophedes, kan lukke ned, forsinke behandlingen og øge belastningen på andre servere; og de tvinger virksomheder til at bruge hundredtusindvis af dollars på nye klimaanlæg og elektriciteten til at drive dem.
Problemet bliver også værre, da mindre processorer betyder, at flere bliver presset ind i samme volumen. Så sent som i år 2000 forbrugte den gennemsnitlige server i størrelsesordenen 100 til 150 watt, siger Vinson. Den overstiger nu 400 til 500 watt. Og det ville ikke være usædvanligt at have et rack med servere, der trækker 15.000 eller 20.000 watt - nok til at oplyse mere end 100 hjem.
Mens amerikanske computerproducenter i årevis har presset hovedsageligt kinesiske producenter af computerblæsere til at gentænke deres produkters motordesign og aerodynamik, er mængden af luft, som disse traditionelle ventilatorer kan presse igennem, ikke steget med mere end 5 procent om året. Denne mangel på reelle fremskridt har dukket op som en potentiel vejblokering i udviklingen af serverteknologi. I 2003 havde vi en ide om, hvordan vi ønskede, at vores fremtidige servere skulle se ud - men da vi begyndte at lave beregningerne om, hvilken type blæser, der ville være nødvendig for at gå der, var det tre gange, hvad alle i branchen ville være i stand til. at levere, siger Vinson.
Til sidst faldt Vinson og Ron Noblett, vicepræsident for delte ingeniørtjenester hos HP Industry Standard Server-gruppen, over den uortodokse løsning. Noblett, en modelflyentusiast, foreslog, at hans kollega skulle undersøge de elektriske blæsere, der bruges i radiostyrede jetfly.
De fleste propeldrevne modelfly har små benzinmotorer (som producerer den velkendte højlydte klynk). Men gasmotorer er ikke ideelle til modeljetfly. Disse $4.000 legetøj kan summe omkring med mere end 200 kilometer i timen, hvilket kræver lynreflekser; hvis en pilot mister kontrollen, kan flyets brændstoftank blive til en flyvende bombe. Så i midten af 1980'erne begyndte hobbyfolk at udvikle højhastigheds, batteridrevne elektriske motorer, der kunne placeres i skroget eller under vingerne på et modelfly.
I løbet af de sidste 20 år er denne elektriske flyvende industri blevet ved med at presse batterikraft, motorteknologi og blæserbladsteknologi under den forudsætning, at selvom de går for langt, og motoren dør under flyvningen, har flyet stadig sine kontroloverflader og bliver bare et svævefly, siger Vinson. At tilpasse denne nye model-jet-teknologi til køling af servere viste sig at være et simpelt spørgsmål om at ændre bladformen.
HP og rivaler arbejder også på andre måder at løse problemet med overdreven varme. Der er vandkøling, hvor køleplader er erstattet af vandblokke med kanaler til strømmende vand; faseændringskøling, som ligner traditionel køling; og Peltier-køling, baseret på Peltier-effekten, hvor en strøm, der går gennem to typer metal, får den ene til at varme op og den anden til at afkøle. Men en luftstrøm er stadig den enkleste måde at sprede varme på.
Fordi vi er i stand til at tage disse kraftige EDF'er og omkonstruere dem, behøver manden med datacentret, vel vidende at han har denne teknologi, ikke bekymre sig om at lave en opgradering af sine kølesystemer om to år, og en riv-og-erstat fem år fra nu, siger Vinson. Han tilføjer: Vi tror ikke engang, at vi er i nærheden af at løbe tør for plads til at forbedre denne teknologi.
Hjemmesidebillede: HP-blæseren med elektrisk kanal i sit færdige hus. (Med tilladelse fra Hewlett-Packard.)