ZutaCore: Wasserloses Kühlungssystem im BostonLab getestet

Posted on 18 October, 2022

ZutaCore Kühlungssystem : Performance-Test im Boston-Lab
 

Einleitung

Seit einigen Jahren gilt das Liquid Cooling-System von ZutaCore als ECHTE Revolution innerhalb der Kühlungssysteme im IT-Bereich. 
 
Es wurde ursprünglich für den Automobilbereich entwickelt und kommt heute auch in anderen Branchen zum Einsatz. Das innovative System verwendet natürliches Wasser, um die Wärme der CPU abzuleiten: Das Wasser übernimmt die Rolle einer Art Wärmeübertragungsflüssigkeit.
 
Um Herauszufinden, was das Besondere daran ist und inwieweit es sich von anderen Kühlungsmethoden unterscheidet, wurde es in den BostonLabs getestet. Die BostonLabs führten eine Reihe unterschiedlicher Tests durch. Das ZutaCore Liquid Cooling System wurde mit einem gängigen Kühlsystem mit Ventilatoren verglichen.
 
Dieser Blog stellt die verschiedenen Analysen vor, die dabei durchgeführt wurden - und zwar:
  1. Temperatur 
  2. Frequenz und Taktung
  3. Leistungsfähigkeit
  4. Energieverbrauch
 
Werfen wir einen Blick auf diese Tests und vor allem auf ihre Ergebnisse.
 

Das Versuchsprotokoll

Für die Tests haben die Boston Experten einen Vergleich zwischen Hochleistungs-Kühlkörpern (die auf der Supermicro-CPU installiert sind) mit dem ZutaCore Kühlverfahren durchgeführt. 

Die Grundlage für den Speicher bildete für beide Systeme ein H12 BigTwin 2U4N. Jeder Knoten enthielt einen AMD EPYCTM 7742 (TDP von 225W) Prozessor. Als Vergleich wurden die gleichen Systeme auf einem H12 Ultra 1U mit AMD EPYCTM 7763 DUAL-Prozessor (TDP 280W) installiert. 

Die Umgebungstemperatur wurde dank der Steuerung der HVAC-Einheit zwischen 25°C und 35°C festgelegt.


1. Test der Temperatur
 

AMD EPYC 7742 (225W) mit AS-212-HNTR

Dieser Test wurde auf dem H12 BigTwin 2U4N mit einem AMD EPYC 7742 Dual-Prozessor durchgeführt. Dabei wurde die Temperatur der beiden CPUs, CPU1 und CPU2 genannt, miteinander verglichen. Die CPU1 war am weitesten vom Kühlsystem entfernt, während die CPU2 an das Kühlsystem angrenzte.

Für diesen Test wurde der BlenderKit aus dem Barbershop verwendet, der 20 Minuten ab dem Erreichen der gewünschten Anfangstemperatur dauerte. Im Versuch entschied sich unser BostonLab für die folgenden drei Umgebungstemperaturen: 25°C, 30°C und 35°C.

Die CPU2 erzielte ein besseres Ergebnis, da sie sich an der Vorderseite des Gehäuses befindet, während die CPU1 mit Luft belüftet wird, die bereits von der CPU2 erwärmt wurde. 

Je nach gewünschter Grundumgebungstemperatur ergaben sich folgende Ergebnisse:

TEST 1:
Temperatur der Testumgebung
Geräte CPU1
(in °C)
CPU2
(in °C)
25°C Luftgekühlte Einheit
86
65
Zutacore
56
55
30°C Luftgekühlte Einheit 89 68
Zutacore 61 62
35°C Luftgekühlte Einheit
95
78
Zutacore 66 66

 

Der auffälligste Punkt in diesem Vergleichstest, der beobachtet werden konnte, ist der mehr als deutliche Unterschied in der Temperatur der CPU1, die viel heißer wurde als bei Zutacore. Beim Wechsel von der Air-cooled Heat Rejection Unit (kurz: luftgekühlte Einheit) zur ZutaCore Kühlung ist ein deutlicher Unterschied von 30°C zu erkennen. 

Wird die Temperatur in der Testumgebung auf 35°C erhöht, ist der Grenzwert der CPU1 von mehr als 94°C erreicht. Bei ZutaCore sinkt die Temperatur jedoch auf 66°C. Das Ergebnis zeigt, dass die luftgekühlte Einheit den ersten Prozessor nicht ausreichend unter 94°C kühlt, was zu Hardware-Schäden führen kann.

Eine stärkere Kühlung führt zu einer besseren Qualität des Prozessors und einer längeren Lebensdauer.
 

AMD EPYC 7763 (280W) mit AS-1024US-TRT

Der zweite Test vom Versuchsprotokoll wich aufgrund der Produktkonfiguration etwas von dem ersten Test ab aufgrund der Anordnung der Module. Das Systemmodell ist Teil der High-End-Serie Supermicro Ultra 1U. Die beiden CPUs sind nicht mehr übereinander, sondern horizontal auf der Platine hinter den Lüftern angeordnet. 

Im ersten Test waren die beiden Prozessoren des AS-212-HNTR vertikaler angeordnet. Tatsächlich befand sich die CPU2 vor dem Lüfter, während die CPU1 noch vor der CPU2 lag. Dadurch, dass die Verteilung nicht mehr überlappend, sondern linear erfolgt, werden die Effekte der erwärmten Luft von einer CPU zu einer anderen reduziert, was folglich die Kühlleistung optimiert.

Werfen Sie einen Blick auf die Ergebnisse in der Tabelle, um die Kühlleistung besser zu verdeutlichen:

TEST 2:
Temperatur der Testumgebung
Geräte CPU1
(in °C)
CPU2
(in °C)
25°C Luftgekühlte Einheit
85
83
Zutacore
63
63
30°C Luftgekühlte Einheit
94
85
Zutacore
66
64
35°C Luftgekühlte Einheit
94
89
Zutacore 66 68

 

Auch der zweite Test zeigte deutlich, dass ZutaCore keine Probleme mit der Kühlung der CPUs hat. Dies ist besonders wichtig, da ZutaCore die Anzahl der Lüfter von 8 auf 6 reduziert hat und somit Energie spart.

 

2. Frequenz-Test

Unsere Experten von Boston haben neben der Temperatur auch analysiert, wie sich die Kühlung auf die Frequenz und die Taktung des CPU-Kerns auswirkt. Mit anderen Worten wurde getestet, inwieweit die Rendering-Durchlaufzeiten durch das bessere Temperaturmanagement verbessert wurden.

Temperatur der Testumgebung von 25°C

Betrachten wir die vom BostonLab erstellten Grafiken:

Grafik: Taktverhalten von CPU1 (links) und CPU2 (links) mit luftgekühlter Einheit (rot) und ZutaCore (grün) bei einer Umgebungstemperatur von 25°C.
 

Das auffälligste Element in diesen Grafiken ist das Verhalten der CPU1 in Bezug auf Frequenz und Takt. 

In der linken Grafik ist eine gewisse Latenz bei der luftgekühlten Einheit zu erkennen, da die Frequenz sinkt: Es wurde eine Frequenz zwischen 2400 GHz und 1600 GHz für die niedrigste Frequenz bei der Ausführung des Blender-Zyklus festgestellt. Der Unterschied in GHz beträgt 800GHz. Auch wenn dieser Rückgang vorübergehend ist, ist er dennoch unregelmäßig, wie man zwischen den Sekunden 00:14 bis 0:25 beobachten kann. 

Mit ZutaCore ist die Frequenz deutlich stabiler, wenn auch nicht perfekt. 

Tatsächlich fällt die Frequenz in einem 4-Sekunden-Lapse von 00:14 bis 00:18 nicht unter 2300GHz, bei einer Differenz von 200GHz. Es ist somit eine um 5 Sekunden geringere Latenzabweichung auf der Zeitebene zu erkennen und eine Abwärtsabweichung von 600GHz. 

Temperatur der Testumgebung von 30°C

Beobachten wir nun die Ergebnisse:

Grafik: Taktverhalten von CPU1 (links) und CPU2 (links) mit luftgekühlter Einheit (rot) und ZutaCore (grün) bei einer Umgebungstemperatur von 30°C.
 

Gleiches Ergebnis hier, Frequenz und Takt sind mit ZutaCore stabiler. Die niedrigste Frequenzdauer auf der linken Seite, von 00:18 bis 00:24, senkt die GHz auf 1900GHz. Auf der rechten Seite hat die niedrigste Dauer, von 00:24 bis 00:25, eine Frequenz von 2300GHz.

Temperatur der Testumgebung von 35°C

Die Bilanz mit einer Umgebungstemperatur von 35°C wird noch aussagekräftiger:

Grafik: Taktverhalten von CPU1 (links) und CPU2 (links) mit der luftgekühlten Einheit (rot) und ZutaCore (grün) bei einer Umgebungstemperatur von 35°C.
 

Die Frequenz auf der linken Seite ist sehr a-periodisch, die niedrigste Frequenzspitze liegt bei 1400GHz mit der luftgekühlten Einheit. Mit dem ZutaCore ist die Frequenz stabiler. Die niedrigste Frequenzspitze liegt nicht über 2100 GHz.

In Anbetracht dieser Daten konnten wir feststellen, dass die Frequenz und der CPU-Takt von dem ZutaCore Mechanismus stabiler sind. Die Frequenz fällt mit dem ZutaCore nie unter 2000GHz. 

Da wir im Temperaturtest festgestellt haben, dass ZutaCore eine effizientere Kühlung aufweist, konnten wir nach dem Frequenz-Test feststellen, dass die Stabilität der Frequenz und des Taktes mit der effizienteren Kühlung der CPU zusammenhängt.

Da die Stabilität verbessert wird, bedeutet dies, dass die Rendering-Durchlaufzeit beeinflusst werden muss.

 

3. Rendering-Durchlaufzeit

Die Boston-Experten haben das Rendering mit denselben Parametern der Umgebungstemperatur und Ausrüstung getestet. 

Beachten wir die folgenden Daten:

Tabelle: AMD EPYC 7742 Rendering-Zeit mit luftgekühlter Einheit (orange) und mit ZutaCore (blau).
 

Unabhängig von der Temperatur erzielt das ZutaCore System jedes Mal die schnellste Rendering-Durchlaufzeit. Geradezu beeindruckend sind die bemerkenswerten Minutengewinne zwischen den Kühlungsmethoden, insbesondere der Unterschied von 4 Minuten und 5 Sekunden für die 35°C Umgebungstemperatur, was eine 17%ige Verbesserung des Renderings bedeutet. Dies hängt höchstwahrscheinlich mit der verbesserten Frequenz und Taktstabilität der CPUs zusammen.

 

4. Test des Energieverbrauchs

Der Zweck dieser Tests bestand darin, zu prüfen, ob die Art der verwendeten Prozessorkühlung einen Einfluss auf den Gesamt-Stromverbrauch des Servers hat. 

Für unsere Tests wählten wir einen Supermicro AS-1024US-TRT und schlossen ihn direkt an ein HAMEG MH8115-2 Leistungsmessgerät an. Während des einstündigen Testzyklus haben wir den Stromverbrauch in Intervallen von einer Sekunde gemessen und anschließend aus allen gesammelten Werten den durchschnittlichen Stromverbrauch berechnet. 

Beide Kühlungskonfigurationen wurden mit allen 8 installierten Lüftern getestet. Zusätzlich wurde bei der Konfiguration mit Flüssigkeitskühlung getestet, wie sich das Ergebnis mit einer reduzierten Anzahl von Lüftern (8 Lüfter reduziert auf 6 Stück) verändert.

Dieses Mal haben wir als Lastgenerator den Prime95 Small FFTs Torture Test verwendet, um die Prozessoren an ihre Grenzen zu bringen und den maximalen Stromverbrauch zu erzeugen. Die Tests wurden bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C durchgeführt.

  Stromverbrauch
(in Watt)
Luftkühlung (mit 8 Lüftern) 725,6
Zutacore (mit 8 Lüftern) 676,8
Zutacore (mit 6 Lüftern) 662,1
 

Den Testergebnissen zufolge konnten wir durch den Einsatz der ZutaCore-Kühllösung 48,8 W pro Server einsparen. Aufgrund der niedrigeren CPU-Temperatur liefen die Lüfter der Server mit niedrigeren Drehzahlen, was den Gesamtstromverbrauch reduzierte. 

Das heißt, wenn wir beispielsweise 34 AS-1024US-TRTs in einem 42U-Rack installieren, können wir bis zu fast 1,66 kW pro Rack einsparen. Natürlich müssen wir die maximale Leistungsaufnahme der luftbasierten HRU berücksichtigen, die bis zu 1,12 kW verbrauchen kann, was unsere Einsparungen auf 0,54 kW reduziert, aber für Kunden, die eine maximale Energieeffizienz suchen, bietet ZutaCore auch die HWU-W an, eine wasserbasierte HRU. Die HRU-W verwendet Wasser als Sekundärkreislauf zur Kühlung des Novec 7000, was bedeutet, dass die Lösung bei höheren Umgebungstemperaturen mit weniger leistungsstarken HLK-Geräten zur Kühlung der Umgebungsluft betrieben werden kann. Zusätzliche Einsparungen können durch die Wiederverwendung der von der HRU abgeleiteten Wärme durch Wärmerückgewinnungssysteme erzielt werden.

 

Schlussfolgerung

ZutaCore bietet eine beachtliche Kühlleistung, die sich wie folgt zusammenfassen lässt:

  • Bessere CPU-Leistung bei gleichzeitig reduziertem Stromverbrauch des Servers
  • Bessere Kühlleistung im Vergleich zur Luftkühlung
  • Dünnere Rohre, die sich leicht im Inneren des Servers verlegen lassen. 
  • Möglichkeit, die Rohre bei Boston für jede Serverkonfiguration modifizieren und gestalten zu lassen.
  • Dialektisches Kühlmittel, das im Falle eines Lecks keine Schäden oder Rückstände verursacht. 
  • Möglichkeit, die Server-Hardware bei höheren Umgebungstemperaturen zu betreiben, auch bei Verwendung einer Luft-HRU.
     

Bei Boston suchen wir nach den besten Lösungen für Ihre Projekte.
 

Wenn Sie weitere Informationen über ZutaCore erhalten möchten, können Sie unser Team erreichen - unter:

E. [email protected] oder telefonisch
T. +49 (0) 89 9090 199-3 

 

Tags: cooling, zutacore, wasserlos, bostonlab, performancetest, temperatur, frequenz, taktung, energieverbrauch, rendering, durchlaufzeit, stabilität

RSS Feed

Sign up to our RSS feed and get the latest news delivered as it happens.

click here

Test out any of our solutions at Boston Labs

To help our clients make informed decisions about new technologies, we have opened up our research & development facilities and actively encourage customers to try the latest platforms using their own tools and if necessary together with their existing hardware. Remote access is also available

Contact us

There are no events coming up right now.