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Fujitsu(富士通)開發 CPU 廢熱製冷技術

可降低數據中心空調系統耗電量達 20%

富士通研究所,富士通香港有限公司

November 11, 2011

Fujitsu 宣布開發嶄新的冷卻技術,銳意利用 CPU 產生的廢熱,提供可用於冷卻伺服器機房的冷凍水。

要製造足夠低溫的水來冷卻工廠設備,往往需要使用大量的能源。我們通常使用電力、鍋爐或其他熱能來源,將水冷凍。不過,現時亦有一些熱能的新嘗試,包括以高溫廢水作為能源來源。Fujitsu Laboratories(富士通研究所)就開發了一種新技術,透過以往從未使用過的相對低溫來源,將水冷凍。於 55°C 的溫度下,水冷型 CPU 所產生的水便屬於此類相對低溫來源,其溫度會隨 CPU 負載而波動。然而,利用這些廢水持續提供冷凍水是可行的。

有關技術使用CPU的廢熱為數據中心降溫,這是以往不可能發生的。此技術有助節省數據中心空調系統耗電量約 20%,而空調系統佔數據中心整體耗電量約 40%。以單一的伺服器機架每年耗電量達 12,000 千瓦小時(kWh)計,其減少的二氧化碳排放量,便相當於 360 顆杉樹所吸收的二氧化碳排放量。

Fujitsu Laboratories 於 2011 年 10 月 28 日在上海舉行的「2011 年電力與能源工程國際會議」(International Conference on Power and Energy Engineering)上,詳細介紹此技術的細節。

背景

隨著雲端服務日趨普及,為這些服務提供所需基礎設施的數據中心,預計將會消耗更多的電力。這促使減少耗電量成為日益迫切的問題。由於冷卻 IT 資源的空調系統約佔數據中心整體耗電量約 40%,因此,對於任何更大規模的省電計劃而言,提高空調系統的節能效益是特別重要的一環。

技術問題

目前,大多數工廠都使用電力製造冷凍水,以便冷卻設備。不過,業界亦積極利用高溫廢熱製造冷凍水。如果這個技術原理可以應用於數據中心,透過利用CPU 的廢熱,將水冷卻,並作為冷卻劑,這樣,用於冷卻數據中心的電力便可以減少。然而,要不斷將水冷卻,所需的熱水必須維持在 65°C 或以上。若溫度低於這個水平,CPU 的可變負載便會令到IT資源的廢熱難以利用,這些廢熱只能透過空調系統排放到室外,白白浪費了製冷的能源。

關於新開發的技術

Fujitsu Laboratories 成功開發出一種嶄新的技術,能夠利用 CPU 的廢熱,不斷供應 15°C 至 18°C 的冷凍水。這項技術包括以下兩方面:

1. 新材料 ─ 有效從相對低溫(55°C)的水提取熱量
廢熱水冷卻器屬於吸附式熱泵,透過某種吸附材料,吸收被廢熱加熱的水,然後蒸發,充分利用熱力在氣化過程中流失的現象。Fujitsu Laboratories 開發出一種新材料,不僅在室溫下具有吸水的特性,更可以在 55°C 變乾。這正是新材料可於 55°C 低溫下正常運作的原因。

2. 新技術 ─ 維持所需的廢水溫度
由於 CPU 溫度會隨負載而改變,因此,為了不斷製造冷凍水,有必要將廢水維持在40°C 至 55°C 的溫度範圍內,讓吸附材料能夠蒸發水份。Fujitsu 所開發的技術,便能夠因應 CPU 負載,控制水流量,確保流入到水冷卻器的廢水溫度保持在40°C 至 55°C。

嶄新技術的概要圖
圖片連結:http://www.fujitsu.com/img/PR/2011/20111107-02al.gif
這些技術包括新材料以及保持溫度的新技術,顯示能夠製造出冷凍水,其熱容量相當於高達 60% 流入到水冷卻器的總廢熱能量。

成果

數據中心的空調系統使用 CPU 廢熱所產生的冷卻水,將可減少耗電量約 20%。這代表以單一伺服器機架每年耗電量達 12,000 千瓦小時(kWh)計,其減少的二氧化碳排放量,相當於 360 棵杉樹所吸收的二氧化碳排放量。

未來計劃

Fujitsu Laboratories 現正積極提高這些技術的可靠性,以及擴大其應用規模和空間效率,並以 2014 年可部署於數據中心為目標。除了數據中心,Fujitsu Laboratories 亦計劃把獲得的廢熱應用於工廠、辦公大樓、太陽能發電機,以及空調以外的用途。

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Fujitsu Laboratories Limited(富士通研究所)為 Fujitsu Limited(富士通株式會社)的全資附屬公司,成立於 1968 年,是世界頂尖的研究中心之一。Fujitsu Laboratories Limited 的環球實驗室網絡遍佈日本、中國、美國和歐洲等地,積極從事廣泛的基礎和應用研究,涵蓋下一代服務、電腦伺服器、網絡、電子裝置及先進物料等範疇。如欲獲取更多資料,http://www.fujitsu.com/jp/

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Date: 11 November, 2011
Company: 富士通研究所, 富士通香港有限公司