Иммерсионное охлаждение — это способ отвода тепла, при котором электроника целиком погружается в диэлектрическую жидкость: тепло снимается прямо с поверхностей компонентов и уносится потоком жидкости к теплообменнику. Решение применяют в дата-центрах и майнинге для высокой плотности мощности, снижения шума, пыли и затрат на охлаждение; используются однофазные масла (без кипения) и двухфазные флюиды (с кипением/конденсацией).
Зачем это нужно
- Больше плотность мощности и ниже PUE. Иммерсия отводит тепло напрямую, уменьшает тепловое сопротивление и позволяет уплотнять стойки/модули без «бутылочного горлышка» вентиляции.
- Стабильные температуры ⇒ срок службы. Однородный тепловой режим снижает термоциклирование и износ вентиляторов/подшипников (часто вентиляторы вообще снимают).
- Тишина и отсутствие пыли. Нет высокооборотных вентиляторов и воздушного контура, меньше загрязнения радиаторов/плат.
- Экономия энергии у майнеров. Удаление вентиляторов и оптимизация частоты/напряжения дают ~5% экономии потребления и улучшают J/TH; часть «экономии» можно конвертировать в хешрейт. См. также J/TH.
Варианты иммерсии
| Тип | Как работает | Плюсы | Минусы/ограничения |
|---|---|---|---|
| Однофазная (Single-Phase) | Погружение в диэлектрическое масло; жидкость нагревается и отводится на пластинчатый теплообменник/сухой градирни. | Простота, невысокая стоимость, высокая совместимость; нет испарения. | Масла тяжелее и вязче фторфлюидов; нужна фильтрация/контроль старения. |
| Двухфазная (Two-Phase) | Погружение в флюид с низкой t° кипения; тепло снимается при кипении, пар конденсируется на охладителе и стекает назад. | Очень низкое тепловое сопротивление; компактные ванны. | Стоимость флюидов, утечки/потери, вопросы экологии и доступности замен Novec. |
С 2022–2025 гг. 3M выходит из производства PFAS/Novec — на рынке активно продвигаются замены (например, fluoroketone FK-5-1-12 «drop-in»). При выборе двухфазных флюидов учитывайте доступность и экологические требования.
Ключевые компоненты системы
- Ванна/бак (tank) или модульный контейнер. Корпус с направлением потока снизу вверх, укладкой плат/майнеров, сервисным «сухим» бортом.
- Циркуляция. Насос(ы) с устойчивыми к маслам уплотнениями, байпас/регулировка расхода; фильтрация (обычно 1–10 мкм) и дегазация.
- Теплообменник и «сухая» сторона. Пластинчатый/ребристый теплообменник, сухие градирни/адиабатика — для отвода тепла наружу без расхода воды.
- Контроль качества жидкости. Отбор проб, TAN (кислотное число), вода/частицы, окисление.
- Материалы. Совместимые эластомеры/пластики (EPDM/FKM/PTFE и пр.), коррозионностойкие металлы; избегать ПВХ/поликарбоната там, где требуется.
- Безопасность. Поддоны/герметичные соединения, вентиляция, защита от проливов, высокая температура вспышки и негорючесть/низкая испаряемость флюида.
Как выбрать диэлектрическую жидкость (Single-Phase)
Смотрите паспорт и тестируйте образец. Важные параметры:
- Диэлектрические свойства: удельное сопротивление, диэлектрическая прочность, низкая тангенса δ.
- Термодинамика: теплоёмкость, теплопроводность, вязкость при 40 °C и 100 °C (влияет на расход/насосы).
- Физика/безопасность: низкая летучесть, высокая t° вспышки, отсутствие галогенов/озоноразрушающего потенциала, биоразлагаемость.
- Химия: окислительная стабильность, совместимость с медью/припоями/полимерами, отсутствие агрессивных присадок.
Ресурс и утилизация. Производитель должен гарантировать длительный срок службы и безопасную утилизацию. Пример семейства — Shell Immersion Cooling Fluid S5/S3 (GTL-базовые масла, высокая t° вспышки, низкая летучесть, ориентир на ЦОД/майнинг).
Для двухфазной иммерсии ориентируйтесь на точку кипения (обычно ~49 °C для FK-5-1-12), химическую стойкость, потери на испарение и нормативные ограничения; проверьте доступность «post-Novec» флюидов.
Проектирование контура: коротко о расчётах
- Тепловой баланс (однофазная иммерсия):
Q = ṁ · c_p · ΔT. Например, для бака 50 кВт при c_p≈2 кДж/(кг·К) и допустимом перепаде ΔT=10 °C нужен расход ṁ ≈ 50/(2·10) = 2,5 кг/с → при плотности ~0,8 кг/л это ≈3,1 л/с (~190 л/мин). Такой расчёт задаёт класс насоса и площадь теплообменника. (Параметры конкретного масла смотрите в TDS.)
- Гидравлика/вязкость: рост вязкости при низких температурах увеличивает напор насоса — учитывайте «холодный старт».
- «Сухая» сторона: выбирайте сухие градирни по климату/тепловой нагрузке, закладывайте резерв на жаркие дни.
Иммерсия в майнинге: специфика
- Снятие вентиляторов и тюнинг. Иммерсионные версии ASIC (или модифицированные под иммерсию) работают без вентиляторов; это даёт ~5% экономии мощности и улучшение J/TH. Допустим разгон при адекватном охлаждении — но помните о рисках и гарантии.
- Модели «для иммерсии». Линейки MicroBT M56/M66 и др. поставляются в «Immersion» исполнении; производитель публикует гайды по установке/обслуживанию (расход, слив масла, сервис).
- Практика эксплуатации. Вендоры рекомендуют выдерживать минимальный расход по машине (например, ≥ 24 л/мин для ряда классов) и использовать совместимые флюиды (S5X/S3X и т. п.).
- Гарантия и соответствие. Для ИТ-компонентов/майнеров в иммерсии действуют отдельные правила гарантии; нарушение (оверлок, неподходящий флюид, следы коррозии) может гарантию аннулировать. Ориентируйтесь на OCP Warranty Guidelines и политику поставщика.
Плюсы и ограничения
| Аспект | Плюсы | Минусы/риски |
|---|---|---|
| Энергоэффективность | Прямой теплоотвод, меньше вентиляторов/вентиляции, улучшение J/TH. | Первоначальные CAPEX, энергозатраты насосов/сухих градирен. |
| Плотность/шум | Больше мощность на м², очень тихая работа. | Требуются баки/контейнеры, грузоподъёмность пола. |
| Надёжность | Ровная температура, меньше пыли/коррозии, дольше ресурс. | Требуются контроль качества жидкости, фильтрация, мониторинг утечек. |
| Экология/флюиды | Есть биоразлагаемые масла; безводное охлаждение. | У двухфазных — доступность/экология PFAS-наследия Novec. |
Практика / чек-лист внедрения
- Определите тепловую нагрузку (кВт) и целевой ΔT жидкости; рассчитайте насос/теплообменник с запасом.
- Выберите тип флюида. Для майнинга чаще однофазные масла (дешевле/проще); двухфазные — для специальных кейсов/высоких тепловых потоков.
- Проверьте совместимость оборудования. Иммерсионные версии ASIC/серверов, совместимые кабели/коннекторы, гарантийные условия.
- Заложите фильтрацию и контроль качества. Он-лайн фильтры 1–10 мкм, регулярный TAN/влага/частицы, журнал проб.
- План аварий/сервиса. Сливы и транспортировка жидкости, аварийный поддон, ЛНА, ППА (порядок проливов), обучение персонала.
- Мониторинг. Температуры на вход/выход, расход, давление, вибрации насосов, состояние сухих градирен.
- Документация. Паспорт флюида, SDS, карты совместимости материалов, процедуры утилизации/регенерации.
Мини-FAQ
Однофазная или двухфазная иммерсия — что выбрать? Для майнинга и массовых стоек чаще берут однофазу: проще и дешевле. Двухфазная даёт лучшую теплоотдачу на площадь, но дороже по флюиду/управлению и чувствительна к утечкам/нормативам.
Какой флюид безопаснее? Ищите высокую t° вспышки, низкую летучесть, совместимость материалов и внятный SDS/TDS. Для масел есть решения на GTL-базах; для двухфазных учитывайте пост-Novec экосистему.
Даст ли иммерсия рост хешрейта? Часто да: снятие вентиляторов и холодный режим улучшают J/TH; часть операторов поднимает частоту. Но разгон может влиять на гарантию/ресурс — действуйте в рамках мануалов.
Есть ли отраслевые стандарты? Да, у ASHRAE и Open Compute Project (OCP) есть рекомендации по жидкостному/иммерсионному охлаждению и гарантийной политике.
См. также
J/TH (энергоэффективность майнинга)