Uma introdução ao resfriamento por imersão de mineradores ASIC

VISÃO GERAL

Com tantos novos clientes entrando no mercado, a mineração de criptomoedas se tornou bastante competitiva. Para superar os concorrentes na rede de mineração e aumentar suas chances de receber recompensas de mineração, praticamente todo usuário moderno possui hardware especializado em mineração, como um minerador ASIC com recursos sofisticados.

Uma possível desvantagem dos mineradores ASIC é que eles produzem muito calor, mesmo sendo perfeitos para mineração de criptomoedas neste setor tão competitivo. As altas temperaturas podem danificar sua configuração de mineração ou até mesmo causar um incêndio se não forem manuseadas adequadamente. Para remover o calor e manter a temperatura ideal, os mineradores frequentemente instalam sistemas de resfriamento por imersão.

Devido à sua dissipação de calor eficaz, operação mais silenciosa e alternativa mais confiável, os mineradores preferem sistemas de resfriamento por imersão. Este blog é especialmente para você que é iniciante na área e deseja saber mais sobre soluções de resfriamento por imersão para mineradores ASIC.

Uma explicação sobre resfriamento por imersão

Os mineradores ASIC são completamente submersos em um fluido dielétrico não condutor como parte da tecnologia de resfriamento por imersão a líquido. O calor produzido pelos componentes ASIC é absorvido pelo líquido circundante.

O líquido mais quente e menos denso sobe para a superfície devido ao gradiente de temperatura no líquido. A convecção natural é o processo que remove esse fluido aquecido e o substitui por um líquido mais frio da parte inferior. Essa técnica melhora significativamente a eficiência energética do seu minerador ASIC, eliminando a necessidade de elementos de resfriamento ativos, como ventoinhas, pois depende da transferência passiva de calor.

Por não precisarem lidar com poeira, pontos quentes ou ruídos altos, muitos mineradores hoje preferem o resfriamento por imersão. Devido à sua eficiência, distribuição uniforme da temperatura e menor nível de ruído, eles preferem o resfriamento por imersão.

O resfriamento por imersão garante uma distribuição uniforme da temperatura, baixa manutenção e menos ruído do que o resfriamento por ar ou ventilador, que pode combater poeira, pontos de calor e ruído.

Existem duas variedades de resfriamento por imersão, especificamente

1. Resfriamento por imersão monofásica

Os racks de servidores são submersos diretamente em um líquido não condutor exclusivo que permanece líquido durante todo o processo em um sistema de resfriamento líquido monofásico. O líquido ao redor absorve o calor quando os servidores aquecem. Após passar por uma unidade de distribuição de resfriamento, o líquido aquecido é resfriado em uma torre de resfriamento antes de ser reciclado de volta para o tanque.

Em contraste com sistemas bifásicos mais complexos, toda a configuração é bastante simples. Embora seja menos eficaz e normalmente exija mais energia para manter o ambiente refrigerado, é mais simples de operar e mais barato de instalar.

2. Resfriamento por imersão em duas fases

Um tanque selado contendo um líquido único com baixo ponto de ebulição abriga os servidores em um sistema de resfriamento bifásico. O líquido começa a ferver à medida que os servidores produzem calor, vaporizando-se. Essa técnica aproveita a transição de fase do líquido para o vapor para transferir calor dos componentes do ASIC, em contraste com os sistemas monofásicos, onde o líquido permanece em um único estado.

O ciclo é reiniciado quando o vapor sobe e passa por um sistema de resfriamento acima dos servidores, onde ele condensa novamente na forma líquida e pinga no tanque.

Os sistemas bifásicos são mais eficientes e exigem menos espaço no geral, mas são mais caros de instalar do que os monofásicos.

Componentes de resfriamento por imersão

Apesar de operarem de forma diferente, os sistemas de resfriamento por imersão monofásicos e bifásicos têm uma série de coisas importantes em comum, principalmente no que diz respeito às peças fundamentais que utilizam.

1. Dielétricos Fluidos

Para sistemas de resfriamento líquido, a seleção do fluido dielétrico apropriado é essencial. Para um desempenho duradouro, o fluido deve ser capaz de transmitir calor de forma eficaz, ser não condutor para evitar curtos-circuitos e manter sua estabilidade química ao longo do tempo. Óleos sintéticos e fluidos de resfriamento específicos são escolhas populares.

2. Tanques para Resfriamento

Esses tanques são cruciais para conter o fluido dielétrico e os equipamentos de TI, como racks de servidores ou mineradores ASIC, em qualquer sistema de resfriamento por imersão. Eles devem ser resistentes, estanques a vazamentos e projetados para suportar com segurança o peso e a configuração do equipamento, permitindo, ao mesmo tempo, um fluxo de fluido suficiente.

Os tanques também devem incluir características que facilitem a manutenção de rotina, o serviço e a reposição de fluidos, além de serem de fácil acesso e manutenção. Para garantir eficiência, segurança e escalabilidade ideais, muitas mineradoras projetam e constroem tanques de resfriamento personalizados, adequados à sua infraestrutura, pois as opções prontas para uso frequentemente não atendem às especificações específicas de cada instalação.

3. Projeto de Gabinetes

Para uma dissipação de calor eficaz, o design do gabinete de resfriamento por imersão é essencial. Ele deve manter um ambiente seguro, estável e bem controlado, garantindo que os componentes ASIC recebam a máxima exposição ao fluido dielétrico. Os fabricantes frequentemente modificam esses gabinetes para se adequarem a configurações de hardware e objetivos de desempenho específicos, a fim de atender às necessidades específicas de diferentes plataformas de mineração.

4. Dispositivos de transferência de calor

Os ASICs produzem muito calor durante a operação, e o fluido dielétrico circundante absorve esse calor. Um sistema confiável de remoção de calor é necessário para evitar que o fluido atinja temperaturas que possam prejudicar o desempenho do hardware ou a eficiência do resfriamento, e é aí que os trocadores de calor entram.

Os trocadores de calor funcionam transferindo o calor absorvido do fluido dielétrico para um circuito de resfriamento externo, como um sistema à base de ar ou água. Eles podem ser facilmente incorporados ao projeto de tanques de resfriamento por imersão e geralmente são pequenos e eficazes.

Os trocadores de calor são essenciais para preservar as condições operacionais ideais e prolongar a vida útil do fluido e dos componentes ASIC, mantendo a temperatura do fluido constante.

5. Sistemas de Bombas e Filtração

O sistema de bombeamento, que garante a circulação constante e eficaz do fluido dielétrico, é uma parte essencial de qualquer configuração de resfriamento por imersão. O fluido aquecido é transferido por essas bombas do tanque de imersão para os trocadores de calor, onde o calor excedente é eliminado, e então o fluido resfriado retorna ao tanque.

Sistemas de filtragem também são frequentemente incorporados para preservar o desempenho e a pureza do fluido dielétrico. A estabilidade química e a condutividade térmica do fluido podem ser afetadas ao longo do tempo por poeira, detritos ou resíduos do hardware que se acumulam nele. Ao auxiliar na remoção de impurezas nocivas, os sistemas de filtragem prolongam a vida útil do fluido e garantem uma transferência de calor ideal.

O que distingue o resfriamento por imersão das técnicas de resfriamento convencionais?

Mineradores ASIC geram uma quantidade significativa de calor ao executar trabalhos computacionais exigentes. O gerenciamento eficaz do calor é crucial, pois altas temperaturas podem causar limitação térmica, o que reduz automaticamente a velocidade do minerador para evitar superaquecimento. A exposição prolongada a altas temperaturas pode acelerar a deterioração do hardware ao longo do tempo, aumentando a possibilidade de mau funcionamento e reduzindo a vida útil do minerador.

Para lidar com o calor produzido pelos mineradores ASIC, técnicas tradicionais de resfriamento, como resfriamento a líquido e a ar, têm sido empregadas. O método mais popular, o resfriamento a ar, utiliza ventiladores para circular o ar ao redor dos mineradores e liberar calor para a área circundante.

O resfriamento a ar é barato e simples de usar, embora perca eficácia em áreas quentes ou em operações de mineração densamente povoadas. Sua dependência do fluxo de ar também pode resultar em acúmulo de poeira, o que reduz a eficácia do resfriamento e aumenta a necessidade de manutenção.

Em contraste, o resfriamento líquido transfere calor dos componentes do minerador ASIC para um radiador, onde é posteriormente descarregado, utilizando um líquido de arrefecimento circulante. Os sistemas tradicionais de resfriamento líquido, que dependem de bombas, tubulações e radiadores, são mais complexos, mesmo sendo mais eficientes do que o resfriamento a ar. Além de aumentar a possibilidade de vazamentos e falhas de hardware, essa complexidade dificulta a implantação em larga escala devido à configuração complexa e aos altos requisitos de espaço.

Ambas as técnicas convencionais de resfriamento são relativamente bem-sucedidas, mas não conseguem gerenciar com eficácia o calor extremo gerado pelos mineradores ASIC. Essas desvantagens demonstram a urgência de soluções sofisticadas como o resfriamento por imersão, pois podem aumentar significativamente a eficiência, a confiabilidade e a escalabilidade das operações de mineração de bitcoin.

Benefícios do resfriamento por submersão

Muitas vantagens do resfriamento por imersão superam as desvantagens das técnicas convencionais de resfriamento para mineração de bitcoin. Ele prolonga a vida útil das plataformas de mineração e melhora seu desempenho geral, além de aumentar sua eficiência operacional.

1. Eficácia de resfriamento ideal

Mineradores ASIC de alto desempenho geram calor extremamente alto, muitas vezes excessivo para os sistemas convencionais de resfriamento a ar e líquido. Esses sistemas frequentemente resultam em regulação de temperatura irregular, maior consumo de energia e possibilidade de estrangulamento térmico, o que pode reduzir a vida útil do dispositivo e o desempenho.

No entanto, ao imergir completamente o equipamento de mineração em um fluido dielétrico termicamente condutor, o resfriamento por imersão fornece um substituto muito eficiente. Mesmo com altas cargas de trabalho, essa técnica mantém temperaturas operacionais ideais e aumenta significativamente a eficiência do resfriamento ao permitir um movimento rápido e uniforme do calor para longe dos componentes vitais.

2. Maior durabilidade e desempenho

Os mineradores ASIC são mantidos continuamente dentro das faixas ideais de temperatura devido ao excelente gerenciamento térmico proporcionado pelos sistemas de resfriamento por imersão. Esses sistemas evitam com sucesso o estrangulamento térmico, um problema comum que pode reduzir significativamente a potência do processador em técnicas de resfriamento convencionais, evitando o superaquecimento. Consequentemente, os mineradores ASIC podem operar com eficiência máxima por longos períodos sem interrupções.

Além disso, o resfriamento por imersão aumenta significativamente a vida útil do hardware de mineração, minimizando as oscilações de temperatura e reduzindo o estresse térmico geral em componentes eletrônicos delicados. Com o tempo, essa redução no desgaste e na tensão relacionados ao calor resulta em menos falhas, custos de manutenção mais baixos e um maior retorno sobre o investimento.

3. Redução do consumo de energia

Os requisitos de energia das técnicas de resfriamento convencionais, incluindo ventiladores potentes e grandes condicionadores de ar, são significativamente reduzidos pelos sistemas de resfriamento por imersão.

Esses elementos contribuem para custos operacionais mais altos e redução da eficiência energética em configurações tradicionais, consumindo uma quantidade significativa da energia total necessária em uma operação de mineração.

Em contraste, o resfriamento por imersão utiliza um método de contato direto no qual o equipamento de mineração é imerso em um fluido dielétrico cuidadosamente projetado para transmitir calor. Isso elimina a necessidade de refrigeração ou circulação de ar e permite absorção e dissipação de calor rápidas e eficazes.

Em resumo, o resfriamento por imersão reduz o desperdício de energia e reduz drasticamente os gastos com eletricidade. Portanto, é uma opção significativamente mais econômica e sustentável para operações de mineração de criptomoedas em larga escala.

4. Otimização de Espaço

Suportar configurações de hardware de alta densidade sem sacrificar o controle térmico é um dos principais benefícios do resfriamento por imersão. O número de mineradores que podem ser acomodados em um determinado espaço é frequentemente limitado pela necessidade de distância adequada entre os dispositivos para fluxo de ar e dissipação de calor eficazes, o que é exigido pelos sistemas tradicionais de resfriamento a ar e líquido.

O resfriamento por imersão, por outro lado, remove o calor de todas as superfícies do hardware de forma consistente e uniforme, submergindo o aparelho diretamente em um fluido dielétrico termicamente condutor.

Os mineradores podem ser posicionados muito mais próximos uns dos outros devido à maior capacidade de resfriamento, o que elimina a necessidade de grande infraestrutura de ventilação e amplo espaçamento. O resultado final é um layout muito mais eficiente e compacto, o que é particularmente útil em ambientes onde os imóveis são escassos ou caros.

Além de otimizar o uso da infraestrutura física já disponível, o design compacto aumenta a capacidade total de mineração por metro quadrado, melhorando a escalabilidade operacional e a lucratividade das operações de mineração.

5. Menos ruído

O ruído considerável produzido por sistemas de resfriamento industriais e ventiladores de alta velocidade é uma das dificuldades frequentemente ignoradas nas operações de mineração convencionais com refrigeração a ar. Para dissipar o enorme calor gerado pelos mineradores ASIC, esses ventiladores funcionam constantemente, o que pode levar a níveis de ruído incrivelmente altos, especialmente em prédios compartilhados, áreas residenciais e outros locais onde o ruído é uma preocupação.

Desconforto e até mesmo limitações na localização das operações de mineração podem resultar da poluição sonora. Esse problema é resolvido com sucesso pelo resfriamento por imersão, que elimina completamente a necessidade de resfriamento por ventilador e circulação de ar. Não há necessidade de peças mecânicas ruidosas, pois o hardware está imerso em um fluido não condutor que dissipa o calor de forma eficaz e passiva.

Como resultado, a operação é praticamente silenciosa, tornando o ambiente de trabalho muito mais confortável e discreto. Além de tornar o resfriamento por imersão mais atraente para mineradores que trabalham em qualquer ambiente onde a redução de ruído seja uma preocupação primordial, ele também ajuda a criar uma infraestrutura de mineração mais limpa, sustentável e fácil de usar.

Possíveis dificuldades com a construção do sistema de resfriamento por imersão

O resfriamento por imersão oferece diversos benefícios para as operações de mineração de bitcoin, mas é importante entender as dificuldades e os fatores a serem considerados antes de implementar essa tecnologia. Os mineradores que avaliam se a mudança para o resfriamento por imersão é a melhor opção para sua infraestrutura devem estar cientes desses potenciais desafios.

1. Despesas iniciais elevadas

O significativo investimento inicial necessário para migrar para o resfriamento por imersão é um dos principais obstáculos. Os sistemas de imersão são significativamente mais caros do que as opções convencionais de resfriamento a ar ou líquido.

Os custos incluem, por exemplo, a compra de trocadores de calor, fluidos de resfriamento dielétricos e tanques de imersão especializados, bem como a modificação de qualquer infraestrutura que possa ser necessária para acomodar o novo sistema.

Antes de implementar o sistema de resfriamento por imersão para seus ASICs, é necessário realizar uma análise completa de custo-benefício. Este estudo deve ponderar os possíveis benefícios a longo prazo, como maior durabilidade do hardware, redução do consumo de energia e maior eficiência energética, em comparação com o capital inicial necessário.

Para recuperar gradualmente o investimento inicial, os operadores também devem pensar em aumentar a economia com menos requisitos de manutenção e despesas operacionais contínuas.

2. Necessidades operacionais e de manutenção

Os sistemas de resfriamento por imersão não são totalmente isentos de manutenção, embora geralmente exijam menos manutenção do que as técnicas de resfriamento tradicionais. Para garantir o funcionamento consistente e eficaz do sistema, são necessários manutenção e monitoramento frequentes.

Isso envolve avaliar o nível e a condição do fluido de resfriamento, certificar-se de que as bombas e os trocadores de calor estejam funcionando corretamente e confirmar se o sistema de filtragem está eliminando com sucesso quaisquer impurezas ou partículas do líquido.

Os operadores também precisam entender as necessidades operacionais especiais associadas ao resfriamento por imersão. Isso inclui monitorar a degradação, programar substituições e conhecer os protocolos adequados para inserir ou remover hardware dos tanques de imersão com segurança, entre outros aspectos do controle do ciclo de vida do fluido de resfriamento.

Para que um sistema de resfriamento por imersão dure o máximo possível, procedimentos adequados de manuseio e manutenção são essenciais.

3. Preparação e compatibilidade de hardware

É importante perceber que nem todos os mineradores ASIC são projetados para serem submersos antes de colocar o resfriamento por imersão em prática. Para que muitos modelos operem com segurança e sucesso em um ambiente de imersão, são necessários ajustes específicos. Remover os ventiladores de resfriamento embutidos desnecessários é o primeiro e mais popular passo.

Para impedir a entrada de fluidos, algumas peças podem exigir vedação ou proteções adicionais, além da remoção do ventilador. Por exemplo, se não forem adequadamente isolados ou protegidos, conectores, circuitos expostos ou sensores térmicos podem ser suscetíveis até mesmo a fluidos dielétricos.

Repercussões graves podem resultar de preparação inadequada. Apesar de os fluidos dielétricos não serem condutores, a exposição prolongada a fluidos contaminados ou mal conservados pode causar corrosão, curto-circuitos ou a deterioração de componentes delicados, como juntas de solda e capacitores.

Principais técnicas para sistemas que utilizam resfriamento por imersão

A adoção do resfriamento por imersão pode aumentar significativamente a durabilidade e a eficiência dos mineradores ASIC, mas maximizar suas vantagens exige a adesão às melhores práticas. Os mineradores podem seguir as regras cruciais listadas abaixo para garantir desempenho e confiabilidade ideais.

1. Escolha do líquido de arrefecimento adequado

Selecionar um fluido de arrefecimento que equilibre sustentabilidade e desempenho é essencial ao instalar um sistema de arrefecimento por imersão. Selecione fluidos de arrefecimento por imersão especializados que sejam ecologicamente corretos para reduzir sua influência no meio ambiente e não condutivos para evitar perigos elétricos.

Selecione fluidos de arrefecimento projetados para garantir a conformidade com os padrões sustentáveis, operação segura e transmissão de calor eficaz. Como resultado, você pode esperar funcionalidade sustentada e manutenção consciente do sistema.

2. Realização de auditorias ASIC frequentes

Manter o desempenho ideal e evitar avarias dispendiosas do seu sistema de resfriamento por imersão exige inspeções regulares e abrangentes. Antes que se tornem problemas mais significativos, essas inspeções de rotina ajudam a detectar precocemente desgaste, mau funcionamento ou ineficiência, como deterioração do fluido, anormalidades na bomba ou acúmulo no trocador de calor.

Níveis e claridade do fluido, desempenho da bomba e do filtro, estabilidade da temperatura e integridade da vedação e da conexão são áreas importantes a serem verificadas. Os operadores podem minimizar o tempo de inatividade, resolver pequenos problemas rapidamente e aumentar a eficácia da configuração de resfriamento e a vida útil do hardware ASIC monitorando o sistema de perto.

3. Capacidade de resposta a emergências

Ter uma estratégia clara de resposta a emergências é crucial para lidar com rapidez e eficiência com situações imprevistas, como derramamentos de fluidos, vazamentos ou falhas no sistema. Se esses incidentes não forem resolvidos imediatamente, podem resultar em danos aos equipamentos, tempo de inatividade prolongado e maiores despesas operacionais.

Um plano de prontidão completo deve incluir protocolos bem documentados para reparar ou substituir equipamentos defeituosos, conter e limpar com segurança derramamentos de fluidos e isolar e desligar componentes impactados.

Certifique-se de que o pessoal esteja adequadamente instruído sobre os procedimentos de emergência e que todos os suprimentos de segurança necessários, incluindo equipamentos de proteção, materiais absorventes e kits de emergência, estejam facilmente disponíveis. Auditorias e simulações frequentes do sistema podem melhorar seu tempo de resposta, reduzir o tempo de inatividade e proteger suas informações pessoais e hardware.

RESULTADOS FINAIS

Além de reduzir o ruído e controlar melhor o calor do que as técnicas de resfriamento convencionais, o resfriamento por imersão oferece um meio robusto e eficaz de prolongar a vida útil e o desempenho do seu minerador ASIC. Construir um sistema confiável e sustentável para iniciantes exige conhecimento dos fundamentos, desde a seleção do refrigerante e da configuração do tanque adequados até a garantia de que a manutenção correta seja realizada.

O resfriamento por imersão é uma opção que não só otimiza a eficiência do hardware, como também promove práticas ecologicamente corretas, o que é particularmente relevante dada a crescente popularidade da mineração de criptomoedas. Você pode aumentar seu sucesso na mineração e otimizar suas operações começando com as informações e os equipamentos adequados.