Иммерсионное охлаждение для майнинга: основные компоненты и как работает

При добыче криптовалют майнинговые установки генерируют много тепла, и управление этим теплом является серьезной проблемой. Традиционные методы воздушного охлаждения используют вентиляторы и вентиляционные системы, которые часто страдают от высокого уровня шума и потребления электроэнергии. Эти методы неэффективны в условиях высокой плотности оборудования или в местах с ограниченным потоком воздуха. Вот почему иммерсионное охлаждение стало более эффективным решением. В последнее время оно приобрело популярность, особенно среди крупных майнинговых ферм и майнеров, которые хотят снизить расходы на электроэнергию.

Что такое иммерсионное охлаждение

Иммерсионное охлаждение асиков означает полное погружение оборудования для майнинга в непроводящую, специально разработанную диэлектрическую жидкость. Эта жидкость поглощает и передает тепло непосредственно от оборудования. Она работает как автомобильный радиатор, который использует жидкость для охлаждения двигателя.

В отличие от воздушного охлаждения, которое перемещает тепло через вентиляторы и воздух, иммерсионное охлаждение отводит тепло прямо с поверхности оборудования. Это улучшает как эффективность охлаждения, так и надежность.

Существует два типа иммерсионного охлаждения:

• Однофазное иммерсионное охлаждение. В однофазной системе жидкостного охлаждения серверные стойки помещаются непосредственно в специальную непроводящую жидкость, которая остается в жидкой форме все время. По мере нагревания серверов это тепло поглощается окружающей жидкостью. Затем теплая жидкость отправляется в градирню через распределительный блок охлаждения, где она охлаждается перед тем, как снова поступить в бак.
  Вся установка довольно проста по сравнению с более сложными двухфазными системами. Она проще в управлении и недорога в установке, но она не так эффективна и обычно потребляет больше энергии для охлаждения;
• Двухфазное иммерсионное охлаждение. В двухфазной системе охлаждения серверы размещаются в герметичном резервуаре, заполненном специальной жидкостью с низкой температурой кипения. По мере того, как серверы вырабатывают тепло, жидкость начинает кипеть, превращаясь в пар. В отличие от однофазных систем, где жидкость остается в одном состоянии, этот метод использует фазовый переход из жидкости в пар для отвода тепла от компонентов ASIC. Пар поднимается и проходит через систему охлаждения, расположенную над серверами, где он снова конденсируется в жидкую форму и капает обратно в резервуар, чтобы начать цикл заново.
  Хотя двухфазные системы требуют больших затрат на установку, чем однофазные, они более эффективны и занимают меньше места.

Зачастую системы иммерсионного охлаждения изготавливаются путем модификации стандартных майнеров с воздушным охлаждением вместо оборудования, изначально предназначенного для иммерсионного охлаждения.

Иммерсионная система охлаждения: основные компоненты

Хотя однофазные и двухфазные системы погружного охлаждения различаются по принципу работы, у них есть несколько ключевых сходств, особенно в основных компонентах, на которых они основаны.

Диэлектрические жидкости

Выбор правильной диэлектрической жидкости для иммерсионного охлаждения первостепенно. Жидкость должна обладать высокой теплопередающей способностью, быть непроводящей, чтобы избежать коротких замыканий, и оставаться химически стабильной с течением времени для длительной работы. Обычные варианты включают синтетические масла и специально разработанные охлаждающие жидкости.

Охлаждающие резервуары

Резервуары необходимы для размещения как диэлектрической жидкости, так и майнеров ASIC. Они должны быть прочными, герметичными и спроектированными для безопасной поддержки веса и расположения оборудования, обеспечивая при этом надлежащую циркуляцию жидкости.

Кроме того, резервуары должны быть легкодоступными и обслуживаемыми, с функциями, которые поддерживают регулярный мониторинг, обслуживание и замену жидкости. Многие майнеры часто проектируют и строят индивидуальные охлаждающие резервуары, адаптированные к их инфраструктуре, обеспечивая максимальную эффективность, безопасность и масштабируемость.

Конструкция корпуса

Конструкция корпуса иммерсионного охлаждения играет важную роль в эффективном рассеивании тепла. Она должна обеспечивать максимальное воздействие диэлектрической жидкости на компоненты ASIC, поддерживая при этом безопасную, стабильную и хорошо регулируемую среду. Чтобы соответствовать уникальным требованиям различных установок для майнинга, производители часто адаптируют эти корпуса под конкретные конфигурации оборудования и цели производительности.

Теплообменники

Чтобы жидкость не достигала температур, которые могут поставить под угрозу эффективность охлаждения или производительность оборудования, необходима надежная система отвода тепла. Эту проблему решают теплообменники.
Теплообменники работают, передавая поглощенное тепло из диэлектрической жидкости во внешний охлаждающий контур, например, систему на основе воды или воздуха. Они, как правило, компактны, эффективны и могут быть легко интегрированы в конструкцию погружных охлаждающих баков.

Поддерживая стабильную температуру жидкости, теплообменники играют ключевую роль в обеспечении оптимальных условий эксплуатации и продлении срока службы как жидкости, так и компонентов ASIC.

Системы насосов и фильтрации

Важнейшим компонентом любой установки иммерсионного охлаждения является насосная система, которая обеспечивает непрерывную и эффективную циркуляцию диэлектрической жидкости. Насосы перемещают нагретую жидкость из иммерсионного бака в теплообменники, где удаляется избыточное тепло, а затем возвращают охлажденную жидкость в бак.

Системы фильтрации часто интегрируются и необходимы для поддержания чистоты и производительности диэлектрической жидкости. Со временем пыль и другие частицы могут накапливаться в жидкости, что может повлиять на ее теплопроводность и химическую стабильность. Фильтрационные установки помогают удалять эти загрязняющие вещества, продлевая срок службы жидкости и обеспечивая оптимальную теплопередачу.

Как работает иммерсионное охлаждение

В системе погружения майнеры помещаются в резервуар, заполненный диэлектрической жидкостью. Когда машины работают и генерируют тепло, жидкость быстро его поглощает. Затем нагретая жидкость протекает через охлаждающий контур, который переносит тепло к внешним теплообменникам или рассеивает его в окружающую среду. Такая установка позволяет избежать накопления пыли, механических сбоев и громкого шума систем на основе вентиляторов. Это приводит к более тихой и стабильной среде майнинга.

При выборе иммерсионного хладагента майнеры обычно обращают внимание на прочность изоляции, эффективность теплопередачи и стоимость. К наиболее часто используемым хладагентам относятся серии Fluorinert и Novec от 3M, минеральные масла Shell Diala, жидкости ElectroCool и жидкости BitCool, предназначенные для майнеров ASIC. Хотя продукция 3M стоит дороже, она славится первоклассной изоляцией и отличным охлаждением и пользуется популярностью у майнинговых ферм и центров обработки данных.

Для небольших или самодельных майнеров с ограниченным бюджетом масла Shell Diala более доступны и хорошо работают с точки зрения температуры. Они широко используются и имеют хорошую репутацию. ElectroCool и BitCool также являются надежным выбором, предлагая высокую эффективность при минимальном обслуживании, идеально подходят для майнеров, которым нужна надежность и стабильная работа.

Иммерсионное охлаждение асиков своими руками

Чтобы сделать иммерсионное охлаждение своими руками:

• Снимите вентиляторы и другие ненужные компоненты, поскольку вентиляторы не работают в жидкости, а только потребляют энергию и добавляют сопротивление. Снимите внешний корпус или пластиковые детали, чтобы обеспечить лучший контакт между компонентами и жидкостью;
• Нанесите защитные покрытия на печатные платы или разъемы, хотя большинство диэлектрических жидкостей уже обеспечивают достаточную изоляцию;
• Отрегулируйте настройки майнера для разгона, поскольку иммерсионное охлаждение справляется с дополнительным теплом лучше, чем воздушное.

Преимущества иммерсионного охлаждения

• Более высокая скорость хэширования: благодаря улучшенному охлаждению оборудование для майнинга может работать с более высокой производительностью за счет разгона для производства большего количества хэшей, что приводит к более высоким шансам получения вознаграждения за блок (например, биткоинов);
• Снижение потребления энергии: минимизирует потери энергии и значительно сокращает расходы на электроэнергию. Таким образом, это гораздо более устойчивое и экономически эффективное решение для крупномасштабных операций по майнингу криптовалют;
• Повышение эффективности: хладагент, используемый при погружении, обеспечивает более эффективную передачу тепла, поскольку жидкости имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Это может снизить общую стоимость эксплуатации майнеров, исключая дополнительные расходы;
• Снижение износа: погружение в жидкость может помочь защитить майнеров от пыли и другого мусора, которые могут скапливаться на компонентах и внутри них с течением времени, что снижает необходимость в частом техническом обслуживании, связанном с очисткой или ремонтом, и потенциально продлевает срок службы оборудования;
• Возможность майнить в сложных климатических условиях: установки для погружения обычно герметичны, чтобы создать контролируемую среду. Это может помочь изолировать майнеров от экстремальной жары, пыли и влажного климата, открывая новые возможности в регионах, где ранее добыча криптовалют была невозможна;
• Использование отходящего тепла: побочный продукт добычи методом погружения может быть повторно использован для других видов деятельности, создающих ценность, таких как сушка древесной щепы, отопление теплиц или даже отопление коммерческих и жилых зданий;
• Более экономично: в долгосрочной перспективе погружение может оказаться более экономичным, поскольку повышает эффективность и снижает необходимость в обслуживании и замене радиаторов и других охлаждающих компонентов;
• Оптимизированное пространство: способность поддерживать конфигурации оборудования высокой плотности без ущерба для управления температурой. Превосходная охлаждающая способность устраняет необходимость в большом расстоянии и громоздкой вентиляционной инфраструктуре, позволяя устанавливать майнеры ближе друг к другу. Компактная конструкция не только позволяет максимально эффективно использовать имеющуюся физическую инфраструктуру, но и увеличивает общую производительность добычи на квадратный метр, повышая масштабируемость и рентабельность;
• Низкий уровень шума: установки с иммерсионным охлаждением производят значительно меньше шума, по сравнению с воздушным охлаждением. Это делает иммерсионное охлаждение привлекательным для майнеров, работающих в местах, где контроль шума является главным приоритетом, и это также способствует более чистой, более устойчивой и удобной для пользователя инфраструктуре майнинга.

Минусы иммерсионного охлаждения

• Большие первоначальные затраты: одной из основных проблем при переходе на иммерсионное охлаждение является необходимость существенных первоначальных инвестиций. Например, расходы включают приобретение специализированных погружных баков, диэлектрических охлаждающих жидкостей, теплообменников, а также внесение любых необходимых изменений в инфраструктуру для поддержки новой системы;
• Требования к техническому обслуживанию и эксплуатации: хотя системы иммерсионного охлаждения обычно требуют меньшего обслуживания, чем обычные методы охлаждения, они не являются полностью необслуживаемыми. Регулярный мониторинг и плановое обслуживание необходимы для обеспечения стабильной и эффективной работы системы. Он включает в себя проверку состояния и уровня охлаждающей жидкости, осмотр насосов и теплообменников для подтверждения их правильной работы, а также проверку того, эффективно ли система фильтрации удаляет любые частицы или загрязняющие вещества из жидкости.
  Операторы должны знать об уникальных эксплуатационных требованиях, которые сопутствуют иммерсионному охлаждению. Они включают управление жизненным циклом охлаждающей жидкости, например, графики замены, мониторинг деградации и понимание правильных процедур для безопасного добавления или удаления оборудования из иммерсионных баков.
• Совместимость и подготовка оборудования: не все майнеры ASIC предназначены для погружения. Многие модели требуют определенных модификаций. Неправильная подготовка может иметь серьезные последствия.

Сколько можно сэкономить с помощью иммерсионного охлаждения

Иммерсионное охлаждение для майнеров в долгосрочной перспективе может обеспечить значительную экономию. По сравнению с системами с воздушным охлаждением оно может сократить расходы на электроэнергию до 40% благодаря лучшей теплопередаче и отсутствию использования вентиляторов. Оно также продлевает срок службы оборудования примерно на 30%, что означает менее частые замены и меньшее количество ремонтов. Реальные примеры показывают, что майнеры часто окупают свои инвестиции в течение двух лет. Кроме того, их прибыль от майнинга увеличивается благодаря более стабильной производительности и меньшим накладным расходам.

Заключение

Иммерсионное охлаждение — это метод жидкостного охлаждения, при котором майнеры ASIC полностью погружаются в непроводящую диэлектрическую жидкость. Окружающая жидкость поглощает тепло, вырабатываемое компонентами ASIC.
Температурный градиент в жидкости заставляет более теплую и менее плотную жидкость подниматься на поверхность. Затем эта нагретая жидкость удаляется и заменяется более холодной жидкостью снизу, процесс, известный как естественная конвекция. Поскольку этот метод основан на пассивной передаче тепла, он устраняет необходимость в активных охлаждающих компонентах, таких как вентиляторы, что значительно повышает энергоэффективность ASIC-майнера.

В отличие от воздушного охлаждения, иммерсионное охлаждение обеспечивает равномерное распределение температуры, минимальное обслуживание и снижение шума.