Жидкостное охлаждение фермы для майнинга

Майнинг на видеокартах с водоблоками — заниматься или нет

Большинство майнеров приобретают видеокарты со штатным охлаждением и при этом используют их в режиме 24/7 со 100% нагрузкой. Однако данный режим пагубно сказывается на сроке службы устройств и не позволяет разогнать их для повышения эффективности майнинга. Вариантом решения этих проблем является водяное охлаждение. Давайте разберемся, позволяет ли оно решить все проблемы майнеров.

Проблемы майнинга на видеокартах с воздушным охлаждением

Майнинг на видеокартах со штатными системами охлаждения приносит их владельцам не только пассивную прибыль, но и некоторые проблемы. Основными недостатками «воздушного» майнинга являются шум и пыль. Сюда также можно отнести проблемы со стабильным разгоном оборудования, которые не позволяют повысить хешрейт, необходимость чистки радиаторов и вентиляторов, перегрев, который приводит к снижению скорости работы фермы, простою и уменьшению величины заработка в час.

Каждая видеокарта типа Nvidia 1080Ti потребляет 250Вт электроэнергии, выделяя почти аналогичное количество тепла. При этом в стандартной комплектации охлаждение видеокарт представляет собой радиатор и вентилятор, предназначенные для отведения тепла. Ферма из шести видеокарт выделяет около 1.5кВт, что примерно соответствует теплу, выделяемому квартирной батареей отопления из восьми секций. Для охлаждения ферм применяют корпусные вентиляторы от системных блоков (диаметром 9 или 12 см) либо устанавливают бытовой вентилятор.

Воздушное охлаждение требует особых мер по вентиляции помещения. В условиях холодного климата применяют естественную вентиляцию (например, открытое окно), но чаще все-таки обращаются к альтернативным способам. Самый простой вариант — принудительная вытяжная вентиляция (аналогичная той, что устанавливают на кухне). Ее улучшенной версией является приточно-вытяжная вентиляция. Она включает в себя два вентилятора, один из которых отводит теплый воздух из помещения, а второй нагнетает воздух с улицы. Самые продвинутые майнеры монтируют систему кондиционирования.

Однако, уже несколько лет в качестве альтернативы «воздуху» экспериментируют с водяной системой охлаждения.

Как используют водяные блоки

Для охлаждения видеокарт используют самодельные или готовые решения (водяные блоки). Система охлаждения состоит из нескольких частей:

• пластина, на которую опирается водяной блок;
• полнокамерный водяной блок;
• резервуар с жидкостью;
• насос;
• радиатор;
• вентилятор;
• фитинги, расширители;
• комплект трубок и разветвителей.

После подключения системы к источнику питания, насос прокачивает антифриз из резервуара по акриловой трубке. Под давлением жидкость попадает в водный блок. Там она распределяется по двум ячейкам, снижая температуру GPU и остужая VRM (регулятор напряжения). После этого нагретый антифриз проходит через радиатор с вентилятором и затем возвращается в резервуар. Цикл повторяется заново.

Раньше пользователи использовали водяные блоки только для охлаждения графического ядра. Однако, в производительных видеокартах при разгоне это вызывает перегрев остальных элементов. Поэтому, от охлаждения только GPU пришлось отказаться в пользу иных вариантов.

В 2017 году NVIDIA выпустила универсальный водяной блок EK-FC GeForce GTX FE. Он оказался совместим со 106 видеокартами производителя и был подготовлен в четырех вариантах исполнения. Данное решение отводит тепло от зоны графического ядра, чипа памяти и элементов питания. Подобные модели (их еще называют фуллкаверы) впоследствии появились и для видеокарт AMD Radeon.

Чем привлекает майнеров водяное охлаждение

Домашние майнеры, используя водяное охлаждение, решают сразу несколько проблем:

• исчезает шум, снижаясь до 10-15дБ;
• пыль не забивается в вентиляторы, поскольку они демонтированы и не используются;
• можно разгонять оборудование и повышать хешрейт;
• есть возможность спроектировать ферму собственной конструкции;
• экономия пространства, не нужно выделять отдельное помещение для фермы;
• производители продают готовые варианты для своих видеокарт.

Недостатки водяного охлаждения

Однако у установок с водоблоками есть несколько существенных недостатков, что делает решение не самым рациональным для домашнего майнинга. Среди недостатков выделим:

• опасность протечки жидкости и повреждения электронных компонентов;
• необходимы навыки проектирования и создания собственных конструкций, применительно к фермам;
• модификации производительных видеокарт с водяным охлаждением и сами водяные блоки стоят в несколько раз дороже аналогов на «воздухе»;
• в любом случае потребуется установить радиатор с вентилятором на улице для охлаждения фермы;
• перепродажа б/у видеокарт на «воде» занимает больше времени, чем на воздухе.

Таким образом, водяное охлаждение не решает всех проблем майнеров, гарантируя лишь отсутствие шума, пыли и повышение хешрейта. Поэтому некоторые производители пошли дальше, отказавшись от использования водоблоков в пользу иммерсионного охлаждения, как более выгодного решения для домашнего майнинга.

Преимущества систем на иммерсионном охлаждении

В отличие от охлаждающих систем с использованием водоблоков, иммерсионные системы завоевывают большую популярность. Изначально их эффективность проверили на серверном оборудовании. Долгое время данная сфера предполагала использование крупных вычислительных платформ, там где цена не имела приоритетного значения, включая дата-центры на Уолл-стрит или суперкомпьютерные кластеры военных.

Увешанные насосами и водоблоками стойки, спроектированные с учетом возможных протечек, до недавнего времени не интересовали майнеров. Ровно до тех пор, пока иммерсионное охлаждение сделало процесс охлаждения настолько простым, что для стабильной работы требуется лишь ровный пол, крыша и электроэнергия.

Иммерсионное охлаждение обладает следующими преимуществами по сравнению с использованием водяных блоков:

• постоянное термостатирование оборудования и поддержание его температуры в заданном рабочем режиме;
• стабильный разгон оборудования;
• отсутствие сложной обвязки и необходимости проектировать ее с учетом возможных протечек;
• погружение в диэлектрическую жидкость защищает оборудование от пыли и коррозии;
• диэлектрические составы долговечны и не требуют замены в течение длительного периода времени.

Иммерсионные установки от BiXBiT

Наша компания также занялась изучением иммерсионного охлаждения применительно к майнингу. Мы хотели решить целый комплекс проблем, связанный с воздушным охлаждением и дороговизной охлаждения с использованием водоблоков. В результате удалось получить оптимальную конструкцию для погружения компьютерного оборудования, компактную и масштабируемую от ячейки до контейнера.

Изделием первого уровня является металлическая ячейка, рассчитанная на размещение трех ригов на 24 GPU или 6 ASIC. Она подойдет обладателям небольших домашних ферм, установленных в квартирах. Ячейка с иммерсионным охлаждением избавит майнеров от шума, пыли и продлит срок службы оборудования.

Средний уровень представлен стойкой, вмещающей до четырех ячеек (до 96 GPU или 24 ASIC). Ее можно размещать в частных домах и небольших производственных помещениях. Стойку оснащают всей необходимой обвязкой, что позволяет эффективно утилизировать тепло и отводить его излишки через градирню. Вертикальная стойка спроектирована таким образом, чтобы обеспечить быстрый доступ к размещенному оборудованию и сэкономить пространство.

Максимальной версией выступает контейнерное исполнение (на базе 10, 20 или 40-футового ISO-контейнера). Они позволяют разместить до 3 456 видеокарт или 768 ASIC (от 8 до 32 стоек, в зависимости от размера). Мобильный контейнер можно перевозить и располагать в удобной локации. Это решение подходит крупным инвесторам, имеющим бесплатные или недорогие источники электроэнергии, вблизи которых можно установить контейнер. В случае необходимости инфраструктура снимается с места и перевозится на другую локацию.

В первую очередь использование иммерсионного охлаждения в сочетании с программным обеспечением позволило увеличить хешрейт, например, для популярной модели Antminer S9 с 13 TH/S до 18 TH/S (т. е. почти на 40%). Это усиливает конкурентоспособность при добыче криптовалют. Разумеется, параллельно с разгоном увеличивается и электропотребление, но погружное охлаждение экономит на вентиляторах и стабильнее термостатирует оборудование в заданном температурном коридоре. В частности, если при воздушном охлаждении видеокарт при росте температуры срабатывают защитные реле, хотя чипы рассчитаны на более высокие показатели, то при иммерсионном они остаются в рабочем состоянии.

Вторая идея, реализованная с помощью наших установок, — это полезное использование выделяемого тепла. Тепло направляется в систему отопления, для подогрева воды в бассейне, поддержания высокой температуры в теплице, производственном помещении, сушке древесины. Данная технология может принести свои дивиденды в совершенно разных отраслях малого бизнеса. Все зависит от вашей фантазии.

В наших установках используется специальный состав, разработанный исключительно для нужд современных майнеров. Он протестирован на работающей электронике (ASIC и GPU) и демонстрирует полную совместимость со всеми компонентами. Нам удалось добиться максимальной плотности устройств на единицу площади. Например, при размещении на базе ISO-контейнера размером 10 футов помещается в 6 раз больше видеокарт и в 2,5 раза больше ASIC.

Кроме того, вы можете выбрать разные варианты комплектации для самостоятельной сборки фермы на иммерсионном охлаждении. В этом случае вы можете обратиться к нашим специалистам за необходимым набором комплектующих, изучив предложение на сайте.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы узнавать только нужные новости!

Источник

Что такое иммерсионная жидкость («сухая вода») и где ее применяют?

В данном контексте иммерсионным охлаждением называют процесс отвода тепла от работающего оборудования путем его погружения в контейнер с иммерсионной жидкостью

Иммерсионная жидкость – это техническая жидкость, имеющая определенную формулу (у многих производителей они запатентованы), имеющая такие уникальные свойства как:
Негорючесть, низкую токсичность, инертность, высочайшие диэлектрические свойства.

Таким образом, данная жидкость не вступает в химическую реакцию практически ни с чем и является абсолютным диэлектриком, что позволяет использовать ее в контакте с любым электронным оборудованием без последствий для него.

ВАЖНО! Применение данной жидкости абсолютно безопасно для любого оборудования, а также для людей работающих с ней.

Применение данных жидкостей в промышленных масштабах началось много лет назад и по сей день имеет очень широкий спектр. Например, для охлаждения стоек оборудования в дата-центрах (ЦОД), в системах пожаротушения опасных и ценных объектов (архивы, дата-центры и т.д.), где последствия пожаров наносят часто гораздо больше вреда, чем сам пожар.

Традиционно при строительстве нового дата-центра около 35% капитальных затрат расходуется на охлаждающее оборудование, а впоследствии на него приходится еще 50% эксплуатационных расходов. Количество данных, которые необходимо хранить растет в геометрической прогрессии, стимулируют спрос на более и более крупные центры обработки данных (ЦОД), наряду со значительными инвестициями, понятно, что необходимо искать все более экономичные и эффективные технологии охлаждения.

Многочисленные исследования доказывают, что процесс жидкостного охлаждения имеет очень высокий коэффициент эффективности использования энергии (Power Usage Effectiveness; PUE) это позволяет добиться феноменальных показателей с точки зрения эффективности и экономичности данной технологии.

Таким образом, жидкостное охлаждение подходит для абсолютно любых майнеров — асиков (Antminer S9, L3+, D3 и др.) и видеокарт NVIDIA Geforce 1070 GTX, 1060 GTX, AMD Radeon RX 470, 480 ,580 и т.д.)

Принцип работы иммерсионного жидкостного охлаждения для майнинг ферм

Принцип достаточно простой для понимания. Поскольку охлаждающая жидкость абсолютно инертна, нетоксична и является диэлектриком, мы без каких-либо опасений погружаем работающую ферму, будь то ASIC (асик) Antminer S9 или блок из видеокарт в контейнер жидкостью. Оборудование работает и выделяет тепло, которое нагревает жидкость. Теплоемкость жидкости в 4000 раз выше теплоемкости воздуха, что позволяет отводить тепло гораздо меньшим объемом теплоносителя.

В данном случае основная задача сводится к тому, чтобы качественно отводить тепло от самой жидкости и поддерживать температуру такой, чтобы температура на чипах майнеров не превышала допустимую и позволяла работать на максимальной производительности без перебоев.

Рис. 1 – Пример работы электроники в охлаждающей жидкости

Эксперимент с жидкостным охлаждением майнинг фермы

Проводя первые эксперименты в нашей лаборатории, мы нервно наблюдали, как компьютерная система под напряжением, включенная и мигающая, медленно погружалась в чистую, водянистую жидкость. Каждый ребенок с детства знает, что жидкость и электричество несовместимые вещи, поэтому было совершенно невообразимо наблюдать за безупречной работой компьютера, полностью погруженного в то, что казалось ничем иным, как водой.

Во всем мире существует достаточно много производителей жидкостей, предназначенных для многих целей работы с электронной техникой, которые позволяют в том числе и охлаждать ее.

Собственно сам эксперимент с майнинг фермой:

Мы провели ряд испытаний с применением нескольких видов жидкостей. Основной задачей при подборе жидкости было скорее найти состав с наиболее хорошими теплофизическими свойствами, что соответственно повышает эффективность теплообмена.

Эксперимент проводился на стендовом образце с фермой из 6 видеокарт Nvidia Geforce GTX 1070 с суммарной мощностью около 1,2 кВт. Охлаждение жидкости было реализовано с помощью обыкновенной системы холодного водоснабжения.

Оборудование было погружено в аквариум и полностью залито жидкостью. Для большей равномерности охлаждения и температуры самой жидкости была обеспечена циркуляция, с помощью циркуляционного насоса. Испытания проводились на протяжении нескольких дней. Были исследованы все возможные режимы работы.

Рис. 2 – Пример работы видеокарты Nvidia Geforce в охлаждающей жидкости

Результаты подтвердили все наши ожидания и расчеты:

• Оборудование работает стабильно и без перегревов.
• Меняя различные параметры нам без особых усилий удается добиться повышения производительности карт на 15%, но мы уверены, что и это далеко не предел.
• Регулируя систему охлаждения мы легко смогли установить необходимый тепловой режим с минимальным расходованием холодной воды и соответственно минимизировать затраты.
• Для охлаждения чипов видеокарт не нужны вентиляторы

Преимущества применения жидкостного иммерсионного охлаждения для майнинга

На основании ряда фактов:

• Многолетний мировой опыт применения технических жидкостей в различных сферах промышленности
• Гарантийные обязательства производителей технических жидкостей
• Наши лабораторные испытания
• Анализ и расчеты

Мы нашли несколько существенных преимуществ данного способа охлаждения применительно к оборудованию для майнинга:

• Производительность оборудования повышается минимум на 10-15%.
  Этот показатель зависит от самих майнеров – асики или видеокарты. Различные модели имеют ряд собственных особенностей и ограничений для разгона, но приложив некоторые усилия при возможности поддержания температуры на чипе не больше 40-50°С можно достичь даже больших показателей.
• Срок службы оборудования
  Асики и видеокарты гораздо медленнее изнашиваются, когда находятся при постоянной температуре в рабочем диапазоне и не перегреваются. При отсутствии системы охлаждения, майнеры постоянно отключаются по перегреву.
• Бесшумность работы
  Майнеры в жидкости работают совершенно бесшумно. Помимо того, что вентиляторы самих асиков или карт отключены, также отсутствует шум от воздушной системы охлаждения, которая по уровня шума для больших мощностей сопоставима с мощностью вентиляции промышленных цехов.
• Размеры ферм
  В контейнере с иммерсионной жидкостью размерами к примеру 1,5х1,5 м можно плотно разместить оборудования на 20-30 кВт без каких-либо сложностей. Таким образом, мощность фермы на 100 кВт можно разместить на площади 5-10 м2.
• Снижение стоимости видеокарт
  Для качественного жидкостного охлаждения асиков или видеокарт нет надобности в вентиляторах (кулерах) на самих майнерах. Соответственно можно заказывать с завода по сути голые чипы — без вентиляторов, корпусов и т.д. Таким образом, стоимость самих карт снижается как минимум на 20-30%, к тому же уменьшаются ее габаритные размеры, что позволяет компоновать ферму еще более плотно.

Сравнение жидкостного и воздушного охлаждения

Для наглядности преимуществ и недостатков можно сравнивать жидкостное и воздушное охлаждение — классическая система вентиляции и кондиционирования. В данном случае все преимущества, о которых мы уже рассказали и являются по сути преимуществами в сравнении с воздушным охлаждением.

В целом конечно воздушное охлаждение вполне хорошо выполняет свою функцию, и требует не менее серьезных и качественных расчетов. С его помощью можно обеспечить также абсолютно бесперебойную и надежную работу оборудования круглый год, хотя как известно летом охлаждение майнинг ферм осуществляется более трудным путем, нежели в зимний период года.

Из недостатков иммерсионного охлаждения, можно отметить:

• Высокая сложность расчетов
• Малое количество компетентных специалистов на рынке
• Труднодоступность необходимой жидкости
• Высокая цена

Тем не менее, при грамотном проектировании, стоимость данной системы будет сопоставима со стоимостью системы воздушного охлаждения, а если учесть еще все преимущества, о которых мы писали выше, то окупаемость данного решения не заставит себя ждать.

Как мы выяснили, иммерсионное охлаждение более энергоэффективно и является передовой технологией для такого рода задач.

Способы использования тепла от ферм

Как известно, большая часть потребляемой энергии в процессе работы оборудования переходит в тепловую энергии. При больших мощностях майнинг ферм разумеется сразу появляется желание как-то использовать тепло, которое они производят. Мы приведем примеры нескольких способов, которые можно применить как в бытовом, так и в промышленном масштабе. Каждый интересующийся возможно найдет для себя какую-то идею.

• Подогрев какого-либо водоема – рыбхозяйство, бассейн и т.д.
  В данном случае, мы передаем тепло от внутреннего контура охлаждающей жидкости во внешний контур через водяной теплообменик, что позволяет нам получить теплую или горячую воду на выходе из него.
• Обогрев воздуха в помещении – офис, цех, частный дом, теплица и т.д.
  В данном случае мы охлаждаем внутренний контур жидкости через теплообменник вода-воздух и используем горячий/теплый воздух для наших целей
• Теплые полы в доме
  По сути как и в первом примере, мы используем теплообменник вода-вода и это позволяет нам использовать горячую воду для подогрева полов.

Разумеется все способы утилизации тепла необходимо индивидуально рассчитывать и продумывать саму схему работы. Трудно найти какое-то универсальное решение. Мы в наших проектах, как правило подбираем и просчитываем индивидуальную схему отвода тепла от майнинг фермы и его полезное использование на проектах, где есть такая задача.

Для решения подобных задач, применяются промышленные установки жидкостного охлаждения. Ознакомиться с подбробным описанием и приницпом работы данных систем вы можете на странице «Установки иммерсионного охлаждения майнинг ферм».

В заключение хотелось бы отметить, что жидкостное охлаждение это «мэйнстрим» в сфере IT технологий и энергоэффективности.

Источник