211service.com
Computers koelen met kleine straalmotoren
De computerservers die enorme datacenters vullen, produceren met elke nieuwe generatie processors meer warmte. Het is een probleem dat technici op zoek stuurt naar koelventilatoren die zowel klein genoeg zijn om in een steeds kleiner serverchassis te passen en die krachtig genoeg zijn om toenemende hoeveelheden warmte af te voeren. Bij Hewlett-Packard hebben ze één antwoord gevonden op een onverwachte plek: modelvliegtuigen.
Een opengewerkte weergave van Hewlett-Packard's nieuwe elektrisch geleide serverkoelventilator, die is aangepast van modelvliegtuigmotoren. (Afbeelding met dank aan Hewlett-Packard.)
Om de volgende generatie commerciële servers te koelen, gebruikt het bedrijf elektrische ventilatoren (EDF's), oorspronkelijk ontwikkeld door hobbyisten van modelvliegtuigen om radiogestuurde jets aan te drijven. In wezen propellers in een doos, de ventilatoren draaien zo snel en produceren zoveel luchtdruk dat ze in staat moeten zijn om te voorzien in de koelingsbehoeften voor de volgende generaties HP-servers, volgens Wade Vinson, een ingenieur in de Industry Standard Server Group van het bedrijf .
In een elektrisch aangedreven ventilator, de meest populaire vorm van radiogestuurde straalmotor, worden de bladen van de ventilator in een buis of kanaal geplaatst. Omdat de bladen korter zijn dan de typische propellerbladen, draaien ze sneller, waardoor er meer stuwkracht ontstaat. Bovendien vermindert het kanaal het geluid en voorkomt het dat er luchtwervelingen ontstaan rond de toppen van de bladen - waardoor de stuwkracht die door traditionele propellers wordt geproduceerd, wordt ondermijnd.
Natuurlijk hebben computerservers geen stuwkracht nodig, omdat ze over het algemeen nergens heen gaan. In plaats daarvan toonden Vinson en zijn team aan dat EDF-bladen opnieuw kunnen worden ontworpen om druk te produceren. De ventilatorbladen op hun prototypes dwingen lucht in het chassis van een server, zodat een bepaald volume lucht per minuut langs de koellichamen stroomt (aluminium of koperen vinnen die aan de meeste CPU's zijn bevestigd) en warmte afvoert door convectie.
Het eindproduct is HP's Active Cool Fan, die naar verwachting zal debuteren in de volgende generatie BladeSystem-servers. Op hun meest efficiënte instelling verbruiken de ventilatoren volgens Vinson slechts een derde van het vermogen van traditionele computerventilatoren; en ze zijn kleiner dan gewone ventilatoren, wat betekent dat technici de servers dunner kunnen maken en er meer elektronica in kunnen stoppen. Als je vandaag 10 traditionele servers hebt, kunnen we 16 servers in dezelfde ruimte plaatsen, zegt Vinson.
De prototype HP-ventilatoren zijn volgens Vinson gemaakt van stevigere, betrouwbaardere onderdelen dan de huidige computerventilatoren, en ze leveren lucht met voldoende kracht om de kleinere, dichtere en hetere servers op de tekentafels van HP te koelen. Ze blazen je letterlijk omver, zegt hij; het is alsof je een bladblazer oppakt.
De tijd is rijp voor betere computerkoelingstechnologie. In wezen zijn CPU's kleine radiatoren, die toevallig rekenwerk doen terwijl ze druk elektriciteit omzetten in warmte. Elke watt energie die door de servers van een datacenter wordt gebruikt in de vorm van elektriciteit, moet worden afgevoerd als verwarmde lucht. Maar naarmate computerfabrikanten processors kleiner en sneller maken en ze dichter bij elkaar plaatsen, wordt het steeds moeilijker om voldoende lucht door een server te duwen om de elektronica soepel te laten werken.
Deze situatie kan zich vertalen in enorme problemen voor bedrijfsdatacenters met honderden of duizenden servers, zoals de servers die onze online economie draaiende houden op faciliteiten die worden beheerd door Google, Yahoo, eTrade en dergelijke. Servers die oververhit raken, kunnen afsluiten, de verwerking vertragen en de belasting van andere servers verhogen; en ze dwingen bedrijven honderdduizenden dollars uit te geven aan nieuwe airconditioningsystemen en de elektriciteit om ze te laten werken.
Het probleem wordt ook erger, omdat kleinere processors betekenen dat er meer in hetzelfde volume worden geperst. Nog in het jaar 2000 verbruikte de gemiddelde server 100 tot 150 watt, zegt Vinson. Het is nu meer dan 400 tot 500 watt. En het zou niet ongebruikelijk zijn om een serverrek te hebben dat 15.000 of 20.000 watt trekt, genoeg om meer dan 100 huizen te verlichten.
Terwijl Amerikaanse computerfabrikanten jarenlang vooral Chinese fabrikanten van computerventilatoren ertoe aanzetten om de motorontwerpen en aerodynamica van hun producten te heroverwegen, is de hoeveelheid lucht die deze traditionele ventilatoren kunnen doordrukken met niet meer dan 5 procent per jaar toegenomen. Dit gebrek aan echte vooruitgang doemt op als een potentiële wegversperring in de ontwikkeling van servertechnologie. Tegen 2003 hadden we een idee van hoe we wilden dat onze toekomstige servers eruit zouden zien - maar toen we begonnen met het maken van berekeningen over het type ventilator dat nodig zou zijn om daarheen te gaan, was het drie keer zoveel als iemand in de branche zou kunnen te leveren, zegt Vinson.
Uiteindelijk stuitten Vinson en Ron Noblett, vice-president van shared engineering services bij de HP Industry Standard Server-groep, op de onorthodoxe oplossing. Noblett, een liefhebber van modelvliegtuigen, stelde voor dat zijn collega de ventilatoren met elektrische leidingen die in radiografisch bestuurbare vliegtuigen worden gebruikt, zou onderzoeken.
De meeste propeller-aangedreven modelvliegtuigen hebben kleine benzinemotoren (die dat bekende hoge gejank produceren). Maar gasmotoren zijn niet ideaal voor modelvliegtuigen. Dit speelgoed van $ 4.000 kan zoemen met meer dan 200 kilometer per uur, waarvoor bliksemreflexen nodig zijn; als een piloot de controle verliest, kan de brandstoftank van het vliegtuig in een vliegende bom veranderen. Dus halverwege de jaren tachtig begonnen hobbyisten met het ontwikkelen van snelle, batterijgevoede elektromotoren die in de romp of onder de vleugels van een modelvliegtuig konden worden geplaatst.
In de afgelopen 20 jaar heeft deze elektrische vliegindustrie batterijvermogen, motortechnologie en ventilatorbladtechnologie blijven pushen onder de veronderstelling dat zelfs als ze te ver gaan en de motor tijdens de vlucht sterft, het vliegtuig nog steeds zijn stuurvlakken heeft en gewoon wordt een zweefvliegtuig, zegt Vinson. Het aanpassen van deze nieuwe model-jet-technologie voor het koelen van servers bleek een kwestie van het veranderen van de bladvorm.
HP en rivalen werken ook aan andere manieren om het probleem van overmatige hitte op te lossen. Er is waterkoeling, waarbij koellichamen worden vervangen door waterblokken met kanalen voor stromend water; faseovergangskoeling, vergelijkbaar met traditionele koeling; en Peltier-koeling, gebaseerd op het Peltier-effect, waarbij een stroom die door twee soorten metaal gaat, ervoor zorgt dat de ene opwarmt en de andere afkoelt. Maar een luchtstroom is nog steeds de eenvoudigste manier om warmte af te voeren.
Omdat we deze krachtige EDF's kunnen gebruiken en opnieuw ontwerpen, hoeft de man met het datacenter, wetende dat hij over deze technologie beschikt, zich geen zorgen te maken over een upgrade van zijn koelsystemen over twee jaar, en een rip-and-replace over vijf jaar, zegt Vinson. Hij voegt eraan toe: we denken niet dat we bijna geen ruimte meer hebben om deze technologie te verbeteren.
Afbeelding van de startpagina: De HP elektrische ventilator in zijn afgewerkte behuizing. (Met dank aan Hewlett-Packard.)