킥 앤 드롭 솔레노이드 밸브로 데이터 센터 냉각 에너지를 80% 절감

Greg Wainhouse, 지역 사업 개발 관리자 – 북유럽 산업용수

오늘날의 고밀도 데이터 센터에서는 고성능 프로세서, AI 워크로드 및 클라우드 인프라의 열을 관리하기 위해 칩에 직접 액체 냉각이 필수적입니다. 이러한 시스템의 핵심에는 정밀한 흐름 제어를 제공하여 서버 과열을 방지하고 중단 없는 가동 시간을 유지하는 빠르게 작동하는 솔레노이드 밸브가 있습니다.

솔레노이드 밸브의 지속적인 전원 공급은 중요하지만 상당한 에너지 수요와 운영 비용을 추가합니다. 연중무휴 24시간 운영되는 수천 대의 서버에서 밸브 효율성이 조금만 향상되어도 상당한 절감 효과를 얻고 지속 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

Kick &Drop 코일 기술은 이러한 문제를 해결합니다. 고출력 "킥"을 사용하여 밸브를 작동하고 저에너지 "드롭" 단계를 사용하여 밸브를 제 위치에 고정하는 시스템은 밸브 전력 소비를 최대 80%까지 줄여 운영자가 효율성 목표를 달성하고 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 됩니다.

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그렉 웨인하우스는 다음과 같이 설명합니다:

효율적인 데이터 센터 냉각의 중요성 증가

효과적인 열 관리는 안정적인 데이터 센터 운영의 근간입니다. 정밀한 냉각이 이루어지지 않으면 서버가 과열되어 성능이 저하되고 장비 수명이 단축되며 다운타임 위험이 증가할 수 있습니다.

직접 칩 냉각은 많은 현대 시설에서 선호되는 방법이 되었습니다. 이 접근 방식에서는 서버 마이크로칩에서 생성된 열이 각 프로세서에 장착된 냉각판으로 직접 전달됩니다. 물-글리콜 혼합물이 이 플레이트를 순환하면서 강제 대류를 통해 열을 제거합니다.

그러면 가열된 냉각수는 매니폴드를 통해 냉각기나 열 교환기로 흘러서 냉각된 후 다음 사이클을 위해 냉각판으로 돌아갑니다.

적절한 냉각수 흐름을 유지하는 것이 중요합니다. 솔레노이드 밸브는 지속적으로 변화하는 CPU 요구 사항을 충족하는 데 필요한 신속한 응답을 제공하기 때문에 선호됩니다. CPU는 밀리초 내에 유휴 상태에서 최대 부하까지 증가할 수 있습니다. 전기 제어를 통해 온도 센서 신호에 자동으로 응답할 수 있으며 컴팩트한 디자인은 냉각판 매니폴드의 제한된 공간에 적합합니다.

에너지 문제 이해

일반적인 기업 서버에는 마더보드당 1~2개의 CPU와 최대 8개의 GPU가 있을 수 있으며 각 GPU에는 전용 냉각이 필요합니다. 고급 시스템에는 각각 자체 냉각판과 밸브 배열을 갖춘 수십 개의 프로세서가 포함될 수 있습니다.

랙에 있는 수백 대의 서버와 시설 전체에 걸쳐 수천 대의 서버를 곱하면 밸브 수가 상당히 늘어나 에너지 소비가 운영 비용 및 지속 가능성 성능의 핵심 요소가 됩니다.

기존 솔레노이드 밸브는 연속 자기장을 생성하는 단일 코일을 사용하여 밸브를 해당 위치로 이동하고 고정합니다. 위치를 유지하려면 밸브가 리턴 스프링과 유체 압력에 지속적으로 대응하여 24시간 내내 활력을 유지해야 합니다.

킥 앤 드롭 기술의 작동 원리

Bürkert의 Kick &Drop 기술은 밸브당 에너지 수요를 최대 80%까지 줄일 수 있는 보다 스마트한 코일 설계를 통해 이러한 비효율성을 제거합니다.

이 시스템은 직렬로 전원이 공급되는 단일 에폭시 코일 내에 캡슐화된 두 개의 코일 권선을 사용합니다. 지속적인 전력 대신 고전압 "킥"을 전달하여 밸브를 작동 단계인 위치로 신속하게 이동시킵니다. 이는 약 500ms 내에 발생하며 급격한 온도 변화에 보조를 맞출 수 있을 만큼 빠릅니다.

배치되면 두 번째 권선이 "강하" 단계를 시작하여 플런저를 상당히 낮은 전압과 훨씬 적은 에너지로 유지합니다. 과여자 돌입 권선은 플런저를 빠르게 움직이는 데 에너지의 약 85%를 사용하고 밸브를 열린 상태로 유지하는 데 약 15%만 사용하여 매우 높은 시동 전력을 생성합니다.

또한 이러한 과여기는 기존 설계보다 최대 200% 더 많은 활성화 전력을 제공하여 더 높은 작동 압력을 허용합니다.

지속적으로 운영되는 데이터 센터의 경우 누적 절감 효과가 상당합니다. 수백 또는 수천 개의 밸브가 있는 대규모 설치에서 에너지 소비를 최대 80%까지 줄이면 운영 비용과 탄소 배출을 눈에 띄게 줄일 수 있습니다.

Bürkert는 에너지 절약과 탄소 감소 잠재력을 모두 추정할 수 있는 Kick &Drop 에너지 및 CO2 계산기를 제공합니다.

향상된 내구성 및 보온 성능

에너지 절약 외에도 Kick &Drop 기술은 미션 크리티컬 냉각의 중요한 요소인 내구성을 향상시킵니다.

에너지 수요가 낮아지면 열 발생이 줄어들어 밸브 어셈블리 전체의 열 관리가 향상됩니다. 미디어 가열은 제한되어 있으며 도달 가능한 최대 온도는 55°C로 제한되어 정제수를 사용하는 시스템의 석회화 위험을 완화합니다.

또한 작동 온도가 낮아지면 주요 구성 요소의 열 응력이 줄어들어 서비스 수명이 연장되고 유지 관리가 줄어들며 과열 관련 오류가 최소화됩니다.

킥 앤 드롭과 비례 제어 비교

펄스 폭 변조(PWM)는 솔레노이드 밸브를 켜고 끄는 방식으로 평균 전류를 제어하는 대체 방법입니다. PWM은 지속적으로 전원이 공급되는 밸브에 비해 에너지 소비를 낮출 수 있지만 장기적인 신뢰성과 작업장의 편안함을 손상시킬 수 있는 추가 하드웨어, 복잡성, 진동 및 가청 소음이 발생합니다.

반면, Kick &Drop은 단순성과 견고성을 유지하여 빠른 전환의 단점 없이 빠른 응답을 제공합니다.

직접 칩 냉각을 위한 통합 매니폴드 솔루션

밸브는 냉각 그림의 일부일뿐입니다. 매니폴드 통합은 성능에 큰 영향을 미칩니다.

Bürkert의 엔지니어링 팀은 냉각판 및 냉각 인프라와 직접 통합되어 작은 설치 공간과 정밀한 맞춤을 제공하는 맞춤형 매니폴드를 설계합니다. 통합 솔루션은 밸브 및 매니폴드에 대한 단일 공급업체와 협력할 때 제품 개발을 간소화하고 프로젝트 복잡성을 줄이며 배포를 가속화합니다.

고성능 데이터 센터의 미래 지원

글로벌 데이터 센터 시장은 AI, 클라우드 컴퓨팅, HPC 및 증가하는 디지털 수요에 힘입어 빠르게 확장되고 있습니다. 프로세서 밀도가 증가하고 작업 부하가 더욱 까다로워짐에 따라 효율적인 열 관리가 점점 더 중요해지고 있습니다.

칩 직접 냉각은 이러한 요구 사항을 충족하는 데 핵심적인 역할을 하며 차세대 인프라에 필요한 정확한 열 제거를 제공합니다. 솔레노이드 밸브 기술은 여전히 필수적이며, 급격한 부하 변동으로부터 고가치 프로세서를 보호하는 빠르고 자동화된 흐름 제어를 제공합니다.

운영자는 에너지 사용을 줄이고 지속 가능성 목표를 달성해야 한다는 압력에 직면해 있습니다. 따라서 냉각 루프에 있는 모든 구성 요소의 효율성을 높이는 것이 무엇보다 중요합니다. Kick &Drop 기술은 안정적이고 환경 친화적인 데이터 센터 운영에 필요한 속도, 낮은 전력 소비 및 내구성을 제공합니다.

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