Предельные возможности и оптимальные конструктивные решения энергоэффективных систем охлаждения высокопроизводительных вычислительных комплексов

Объект выполнения научно-исследовательских работ: энергоэффективные системы охлаждения высокопроизводительных вычислительных комплексов. Целью выполнения НИР является разработка математической модели высокопроизводительного вычислительного комплекса, учитывающая вычислительную производительность и термодинамические параметры его работы, включая критерий энергоэффективности Основные полученные выводы: 1. Высокопроизводительный вычислительный комплекс рассматривается как макросистема, предназначенная для производства синтаксической информации за счет использования энергии. ВВК не производит механической работы, поэтому вся энергия, необходимая для функционирования вычислительных компонентов преобразуется в тепло. Термодинамическая эффективность ВВК в большой степени определяет эксплуатационную стоимость ВВК. 2. Макросистемы любой природы (в том числе термодинамические) характеризуются необратимостью, численно выраженной в величине производства энтропии. Чем выше производство энтропии, тем сильнее проявляются свойства необратимости, в том числе – больше затрат на обеспечение циклического режима системы охлаждения. На множестве стационарных необратимых процессов производство энтропии является метрикой: таким образом, от качественного анализа необратимости мы переходим к количественному, позволяющему найти расстояние между любыми стационарными необратимыми процессами. 3. На основе полученной метрики, с учетом вычислительной мощности ВВК, построен критерий: удельное производство энтропии на 1 Tflops. Такой критерий учитывает не только распределение энергии в ВВК как макросистеме, но и возможности вычислительных компонентов, и условия окружающей среды, в которой функционирует ВВК. 4. Предельные возможности систем охлаждения ВВК определяются в рамках решения задачи выбора режима переноса и утилизации тепла минимальной диссипации (минимального производства энтропии). 5. Реальные ВВК из-за байпасных потоков хладагентов, несовершенства систем организации потоков хладагентов не могут обеспечить поддержание режима минимальной диссипации. Определение конструктивных параметров вычислительных плат и их инфраструктуры – задача повышения энергоэффективности ВВК. 6. Одной из основных задач повышения энергоэффективности является выбор геометрических характеристик радиаторов охлаждения. Минимум производства энтропии достигается при гиперболической зависимости площади контакта с хладагентом. В линейной конструкции радиатора такой закон изменения площади контакта можно реализовать только при изменении высоты ламелей, что неэффективно для наружных систем охлаждения. В радиальной конструкции радиатора при подаче хладагента в центре радиатора нормально поверхности его подложки такое решение реализуемо без изменения высоты радиатора. 7. Предложенная конструкция радиатора особенно эффективна для погружных жидкостных систем охлаждения: она позволяет существенно увеличить кпд радиатора и снизить интенсивность байпасных потоков хладагента. 8. Алгоритмы выбора оптимальных параметров и поддержания оптимальных режимов системы охлаждения реализованы в виде прикладных программ «Теплообмен v1.0», «Оптимальный радиатор v2.0», «Оптимальный поток v1.0», позволяющих для различных климатических условий выбрать структуру системы охлаждения и агрегатное состояние хладагента.