RU184072U1 - Высокопроизводительное вычислительное устройство для обработки данных криптовалюты - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к вычислительным комплексам и может быть использована для обработки больших объемов информации в режиме реального времени.Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, - повышение эксплуатационной надежности и долговечности производительного цикла вычислительной платформы, построенной на основе объединения специализированных процессорных модулей, за счет обеспечения жидкостного охлаждения, системы автоматической регулировки температуры охлаждающей жидкости.Повышение эксплуатационной надежности и долговечности производительного цикла вычислительной платформы, построенной на основе объединения специализированных процессорных модулей, по сравнению с прототипом, заключается в применении системы жидкостного охлаждения с автоматической регулировкой температуры охлаждающей жидкости и возможностью выноса радиатора вентилятора за пределы помещения, в котором располагается устройство, что обеспечивает одинаковый температурный режим работы вычислителей вне зависимости от степени загрузки вычислителей, а также температуры воздуха в помещении. Кроме этого, достигается большая плотность упаковки вычислителей в установочный блок, по сравнению с конвективным охлаждением, поскольку габариты радиаторов жидкостного охлаждения до нескольких раз меньше радиаторов, предназначенных для конвективного охлаждения.

Description

Полезная модель относится к вычислительным комплексам, и может быть использована для обработки больших объемов информации в режиме реального времени, в том числе для вычислений, связанных с обработкой данных криптовалюты.

Известно высокопроизводительное вычислительное устройство «ГРИФОН», описание которого приведено на сайте [1]. Вычислительное устройство «ГРИФОН» построено на основе стандарта CompactPCI® Serial, имеет модульную структуру и состоит из блоков 3U на 9 посадочных мест. «ГРИФОН» позволяет создавать конфигурации с одновременным использованием вычислителей различной архитектуры, включая х86, GPU NVIDIA, FPGA (ПЛИС), с возможностью межмодульного взаимодействия каждый с каждым. Устройство включает PICMG CPCI-S.0 R1.0 CompactPCI® Serial Specification совместимый корпус, поддерживает установку до 9 модулей (процессорных и/или 10), поддерживает установку двух источников питания. Для охлаждения системы используется кондуктивный теплоотвод, согласно стандарту PICMG CPCI-S.0 R1.0.

Недостатком данного решения является использование в качестве охлаждения кондуктивной системы теплоотведения, поскольку кондуктивное охлаждение больше подходит для одноплатных процессорных систем. Грифон может содержать до 9 модулей, каждый из которых представляет собой одноплатную процессорную систему. При этом все модули расположены в общем отсеке (секции) с небольшим промежуточным расстоянием между платами. В связи с этим в полости отсека находятся до 9 модулей с кондуктивным отводом тепла в полость отсека. В данном случае сами радиаторы на платах передают тепло в пространство отсека (секции). Применение только кондуктивного охлаждения за счет использования радиаторов и теплоотводящих материалов для таких конструкций неэффективно ввиду слабого отвода тепла.

Наиболее близким к заявляемому решению является высокопроизводительное вычислительное устройство, приведенное в описании изобретения «Высокопроизводительная вычислительная платформа на базе процессоров с разнородной архитектурой» [2]. Высокопроизводительное вычислительное устройство, содержит установочный блок высотой 4U, предназначенный для установки в телекоммуникационную стойку и выполненный в виде корпуса, разделенного на две секции. В одной их секций смонтирована система питания, а во второй, выполненной с открытым проемом с одной боковой стороны, размещена объединительная плата со слотами. Слоты предназначены для размещения в них помещаемых через указанный проем модуля коммутации и вычислительных модулей на базе разнородных процессоров, объединенными через высокоскоростную шину стандарта CompactPCI Serial для образования многопроцессорной конфигурации, а также система охлаждения корпуса. В зоне каждого слота размещены теплосъемные кассеты для отвода тепла от модуля коммутации и вычислительных модулей на корпус установочного блока. Установочный блок выполнен с дополнительным корпусом или кожухом, охватывающим разделенный на две секции корпус. При этом между стенками разделенного на две секции корпуса и дополнительного корпуса или кожуха образована межстеночная полость, а система охлаждения корпуса включает в себя два центробежных вентилятора, установленные в отдельном кожухе. Каждый вентилятор установлен у противоположно расположенных боковых стенок корпуса в межстеночной полости, напротив впускных отверстий или технологических окон в стенке дополнительного корпуса или кожуха для формирования идущих навстречу друг другу воздушных потоков. В других стенках дополнительного корпуса или кожуха выполнены технологические окна для выхода воздуха из межстеночной полости. Вычислительные модули могут быть выполнены на базе процессоров Эльбрус, Байкал, х86, графических процессоров и на базе логических интегральных схем или базе процессоров цифровой обработки сигналов.

Недостатком данного решения является то, что для охлаждения используется конвективно-кондуктивный метод отвода тепла. Применение вентиляторов приводит к увеличению габаритов устройства, кроме этого за счет применения вентиляторов на вычислительных модулях скапливается пыль, которая ухудшает теплоотвод. Еще одним недостатком такого подхода является зависимость температуры вычислительных модулей от значительных колебаний температуры окружающего воздуха, поскольку при изменении температуры окружающего воздуха неизбежно будет меняться и температура вычислительного модуля. Колебания температуры неблагоприятно сказываются на работе устройства и могут привести к преждевременному выходу устройства или одного из его модулей из строя.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, - повышение эксплуатационной надежности и долговечности производительного цикла вычислительной платформы, построенной на основе объединения процессорных модулей, за счет обеспечения жидкостного охлаждения, системы автоматической регулировки температуры охлаждающей жидкости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее установочный блок, предназначенный для установки в телекоммуникационную стойку и выполненный в виде корпуса, источник питания, коммутатор, дополнительно вводятся 16 интерфейсных плат, каждая из которых содержит два соединительных разъема для подключения вычислителей, один разъем подключения питания и один разъем для подключения к коммутатору, 32 вычислителя, где вычислители представляют из себя чипы и микросхемы, разработанные для проведения математических операций, связанных с обработкой данных криптовалют, каждые два из которых подключены к одной из интерфейсных плат кабелем, 32 радиатора, имеющих один вход и один выход для соединения с системой жидкостного охлаждения, радиаторы расположены между вычислителями, первый коллектор системы охлаждения, содержащий 32 входа, соединенных соответственно с выходами 32 радиаторов и один выход, второй коллектор системы охлаждения содержащий 1 вход и 32 выхода соединенных соответственно с входами 32 радиаторов, первый тройник, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом первого коллектора, и один выход, второй тройник, имеющий один вход и 2 выхода, первый из которых соединен с входом второго коллектора, радиатор источника питания, непосредственно прилегающий к источнику питания, имеющий один вход, соединенный с вторым выходом второго тройника, и один выход, соединенный с вторым входом первого тройника, циркуляционный насос, имеющий один вход и один выход соединенный с входом второго тройника, третий тройник, имеющий один вход и два выхода, первый выход третьего тройника соединен с входом циркуляционного насоса, первый датчик температуры, вкрученный непосредственно в второй выход третьего тройника, имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, четвертый тройник, имеющий один вход, соединенный с выходом первого тройника и два выхода, второй датчик температуры, вкрученный непосредственно в первый выход четвертого тройника, имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, трех ходовой клапан, имеющий два входа, один выход, соединенный с входом третьего тройника, соединительный разъем для подключения кабеля управления приводом клапана, пятый тройник, имеющий один вход, соединенный с вторым выходом четвертого тройника, и два выхода, первый из которых соединен с вторым входом трех ходового клапана, радиатор вентилятора, имеющий один вход, соединенный с вторым выходом пятого тройника, и один выход, соединенный с первым входом трех ходового клапана, вентилятор, прилегающий непосредственно к радиатору вентилятора имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, а также разъем для подключения источника питания, преобразователь частоты, имеющий 4 соединительных разъема для подключения кабеля, первый из которых подключен к разъему вентилятора, второй подключен к первому датчику температуры, третий к второму датчику температуры, а четвертый к соединительному разъему трех ходового клапана, 17 соединительных разъемов коммутатора, 16 из которых подключены к соединительному разъему соответствующей интерфейсной платы, а 17-ый предназначен для подключения к сети передачи данных, причем, в установочный блок устанавливаются: вычислители, коллекторы, радиаторы, интерфейсные платы, соединение радиаторов, коллекторов, разветвителей, насоса, тройников, трех ходового клапана производится с использованием полипропиленовых труб, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, соединение интерфейсных плат с коммутатором, а также соединение преобразователя частоты с трех ходовым клапаном, вентилятором, датчиками температуры производится с использованием кабелей, кроме этого к источнику питания подключены все элементы устройства, для работы которых необходимо электричество, такие как коммутатор, интерфейсные платы, вентилятор, преобразователь частоты, насос, по параллельной схеме подключения.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, на которой обозначено: 1,2- первый и второй коллектор, 3 - коммутатор, 4-19 - интерфейсные платы (16 шт), 20-51 - вычислители (32 шт), 52-72 - радиаторы (32 шт), 73-77 - тройники (5 шт), 78 - источник питания, 79 - радиатор источника питания, 80 - вентилятор, 81 - радиатор вентилятора, 82 - преобразователь частоты, 83 - циркуляционный насос, 84, 85 - первый и второй датчик температуры, 86 - трех ходовой клапан, сплошная линия обозначает соединения в виде полипропиленовых труб, линия с длинным пунктиром обозначает соединения при помощи кабеля и линия с коротким пунктиром обозначает соединение при помощи кабеля электропитания.

Подробное описание работы устройства.

Устройство предназначено для обработки больших объемов информации в режиме реального времени, в том числе для обработки данных криптовалюты.

Устройство выполнено в виде установочного блока, предназначенного для установки в телекоммуникационную стойку. Установочный блок включает 16 интерфейсных плат (4-19), 32 вычислителя (20-51), и 32 радиатора (52-73). Интерфейсная плата представляем собой электронный блок, предназначенный для получения доступа к сети и управления вычислительными платами. В состав интерфейсной платы входит микрокомпьютер под управлением операционной системы на базе Linux, разъемы для подключения двух вычислительных плат. Вычислители (20-51) представляют из себя чипы и микросхемы, разработанные для проведения математических операций, связанны с обработкой данных криптовалюты. Вычислительные платы соединены с интерфейсными платами с помощью кабеля. Радиаторы представляют из себя емкость прямоугольной формы имеющие входное и выходное отверстие, систему трубок, заполненные охлаждающей жидкостью. Радиаторы и вычислители располагаются поочередно, непосредственно примыкая к друг другу.

Источник питания 78, коммутатор 3, радиатор источника питания 79, коллекторы 1, 2, тройники 73-77, циркуляционный насос 83, преобразователь частоты 82, трех ходовой клапан 86, первый и второй датчик температуры 84, 85 располагаются снаружи установочного блока и крепятся на телекоммуникационную стойку. Источник питания подключается к сети электропитания и имеет мощность достаточную для обеспечения работы всех модулей устройства. Коммутатор 3 необходим для объединения в сеть всех интерфейсных плат и должен иметь не менее 17 соединительных разъемов для подключения всех интерфейсных плат, а также подключения к внешней сети передачи данных. Радиатор источника питания 79 имеет такую же структуру, как и радиатор вычислителей. Коллекторы 1, 2 представляют из себя устройство для равномерного распределения потока охлаждающей жидкости по радиаторам вычислителей, 1 коллектор имеет 32 входа, а второй коллектор 32 выхода для подсоединения к радиаторам вычислителей. Тройники 73-77 выполнены из полипропиленовой трубы и необходимы для деления или объединения потока охлаждающей жидкости, а также для установки в одно из отверстий тройника датчика температуры. Циркуляционный насос 83 обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Преобразователь частоты 82 - это устройство, состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора (преобразователя), преобразующего постоянный ток в переменный требуемой частоты и амплитуды [3]. Преобразователь частоты 82 необходим для управления скоростью вращения вентилятора 80 и трех-ходовым клапаном 86. Трех ходовой клапан 86 используется для смешения, а также направления потоков жидкости с разной температурой для получения нужной температуры на выходе. Прибор представляет собой корпус с тремя отверстиями, из которых два - входящие, а одно - исходящее. Это значит, что по двум каналам идет поступление потока, а один канал обеспечивает выход уже смешанного до нужной температуры. Выполняется корпус из металла (чугун, латунь, сталь) или специального антикоррозийного сплава [4].

Клапан трехходовой 86 осуществляет свою работу с помощью автоматического привода, получающего информацию и сигнал к действию от преобразователя частоты 82. Датчики температуры 84, 85 необходимы для измерения температуры охлаждающей жидкости на входе насоса 83 и на выходе первого тройника 73. Каждый из датчиков температуры расположен внутри гильзы из нержавеющей стали, которая защищает его от механических повреждений и вкручивается непосредственно в тройники 3 и 4.

Вентилятор 80, радиатор вентилятора 81, необходимы для охлаждения жидкости в контуре, и расположены на телекоммуникационной стойке. Скорость вращения вентилятора 80 регулируется с помощью преобразователя частоты 82. Радиатор вентилятора 80 представляет из себя систему металлических трубок, связанную металлическими пластинами, которые охлаждаются с помощью вентилятора 80.

Устройство функционирует следующим образом. Через сеть передачи данных в коммутатор 3 и далее в интерфейсные платы и вычислители 20-51 поступают данные для обработки. В вычислителях 20-51 производится расчет. При выполнении вычислений вычислители нагреваются и нагревают жидкость, циркулирующую в системе охлаждения. Для работы вычислителей необходимо обеспечить для них требуемый температурный режим, и его сохранение на протяжении всего времени работы устройства. Температурный режим обеспечивается при помощи жидкостной системы охлаждения, в которую входят: Радиаторы 52-73, радиатор источника питания 79, радиатор вентилятора 81, коллекторы 1, 2, тройники 73-77, циркуляционный насос

83, трех ходовой клапан 86. Эти устройства образуют большой контур охлаждения. Радиаторы 52-73, радиатор источника питания 79, коллекторы 1, 2, тройники 73-77, циркуляционный насос 83, трех ходовой клапан 86 образуют малый контур охлаждения. При включении устройства, пока температура вычислителей не поднялась до рабочего значения охлаждающая жидкость циркулирует по малому контуру при этом данные о температуре охлаждающей жидкости до прохождения через радиаторы и после прохождения через них поступают в преобразователь частоты 82. При превышении температуры выше установленного значения в ПЧ 82, ПЧ 82 производит открытие трех ходового клапана, и жидкость начинает циркулировать по большому контуру, в результате чего происходит ее охлаждение до требуемой температуры. Трех ходовым клапаном 86 регулируется объем жидкости циркулирующей по малому и большому контуру. Таким образом, поддерживается постоянная температура охлаждающей жидкости. При сильном нагреве охлаждающей жидкости трехходовой клапан 86 открывается полностью и скорость вращения вентилятора 80 увеличивается. Управление трехходовым клапаном 86 и вентилятором 80 производится при помощи преобразователя частоты 82.

Повышение эксплуатационной надежности и долговечности производительного цикла вычислительной платформы, построенной на основе объединения процессорных модулей, по сравнению с прототипом, заключается в применении системы жидкостного охлаждения с автоматической регулировкой температуры охлаждающей жидкости и возможностью выноса радиатора вентилятора за пределы помещения, в котором располагается устройство что обеспечивает одинаковый температурный режим работы вычислителей вне зависимости от степени загрузки вычислителей а также температуры воздуха в помещении. Кроме этого достигается большая плотность упаковки вычислителей в установочный блок, по сравнению с конвективным охлаждением, поскольку габариты радиаторов жидкостного охлаждения до нескольких раз меньше радиаторов предназначенных для конвективного охлаждения.

1. ГРИФОН - конфигурируемая платформа БИУС URL: http://www.dolomant.ru/services/razrabotka-ehlektroniki/506722/506773/ (дата обращения: 14.11.2017)

2. Пат. РФ №2635896, МПК G06F 15/163. Высокопроизводительная вычислительная платформа на базе процессоров с разнородной архитектурой. Опубл. 16.11.2017.

3. Частотный преобразователь (электропривод) URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0% B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4) (дата обращения: 14.11.2017)

4. Трехходовой клапан - принцип работы, виды и применение в системах отопления URL: http://moikotly.ru/otopitel-noe-oborudovanie-i-gvs/trehhodovoj-klapan-printsip-raboty-vidy-i-primenenie-v-sistemah-otopleniya.html (дата обращения: 14.11.2017)

Claims (1)

1. Высокопроизводительное вычислительное устройство, содержащее установочный блок, предназначенный для установки в телекоммуникационную стойку и выполненный в виде корпуса, источник питания, коммутатор, отличающееся тем, что дополнительно вводятся 16 интерфейсных плат, каждая из которых содержит два соединительных разъема для подключения вычислителей, один разъем подключения питания и один разъем для подключения к коммутатору, 32 вычислителя, где вычислители представляют из себя чипы и микросхемы, разработанные для проведения математических операций, связанных с обработкой данных криптовалют, каждые два из которых подключены к одной из интерфейсных плат кабелем, 32 радиатора, имеющих один вход и один выход для соединения с системой жидкостного охлаждения, радиаторы расположены между вычислителями, первый коллектор системы охлаждения, содержащий 32 входа, соединенных соответственно с выходами 32 радиаторов, и один выход, второй коллектор системы охлаждения, содержащий 1 вход и 32 выхода, соединенных соответственно с входами 32 радиаторов, первый тройник, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом первого коллектора, и один выход, второй тройник, имеющий один вход и 2 выхода, первый из которых соединен с входом второго коллектора, радиатор источника питания, непосредственно прилегающий к источнику питания, имеющий один вход, соединенный со вторым выходом второго тройника, и один выход, соединенный со вторым входом первого тройника, циркуляционный насос, имеющий один вход и один выход, соединенный с входом второго тройника, третий тройник, имеющий один вход и два выхода, первый выход третьего тройника соединен с входом циркуляционного насоса, первый датчик температуры, вкрученный непосредственно во второй выход третьего тройника, имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, четвертый тройник, имеющий один вход, соединенный с выходом первого тройника и два выхода, второй датчик температуры, вкрученный непосредственно в первый выход четвертого тройника, имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, трехходовой клапан, имеющий два входа, один выход, соединенный с входом третьего тройника, соединительный разъем для подключения кабеля управления приводом клапана, пятый тройник, имеющий один вход, соединенный со вторым выходом четвертого тройника, и два выхода, первый из которых соединен со вторым входом трехходового клапана, радиатор вентилятора, имеющий один вход, соединенный со вторым выходом пятого тройника, и один выход, соединенный с первым входом трехходового клапана, вентилятор, прилегающий непосредственно к радиатору вентилятора, имеющий соединительный разъем для подключения кабеля, а также разъем для подключения источника питания, преобразователь частоты, имеющий 4 соединительных разъема для подключения кабеля, первый из которых подключен к разъему вентилятора, второй подключен к первому датчику температуры, третий - к второму датчику температуры, а четвертый - к соединительному разъему трехходового клапана, 17 соединительных разъемов коммутатора, 16 из которых подключены к соединительному разъему соответствующей интерфейсной платы, а 17-ый предназначен для подключения к сети передачи данных, причем в установочный блок устанавливаются: вычислители, коллекторы, радиаторы, интерфейсные платы, соединение радиаторов, коллекторов, разветвителей, насоса, тройников, трехходового клапана производится с использованием полипропиленовых труб, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, соединение интерфейсных плат с коммутатором, а также соединение преобразователя частоты с трехходовым клапаном, вентилятором, датчиками температуры производится с использованием кабелей, кроме этого к источнику питания подключены все элементы устройства, для работы которых необходимо электричество, такие как коммутатор, интерфейсные платы, вентилятор, преобразователь частоты, насос, по параллельной схеме подключения.

Images