Охлаждение для оборудования майнинговой фермы

Постоянный рост сложности добычи криптовалют заставляет майнеров покупать самое производительное оборудование. Чтобы обеспечить ускорить окупаемость вложений видеокарты круглосуточно работают в режиме полной загрузки. Вся потребляемая мощность рассеивается в виде тепла. В таких условиях приходится организовывать эффективное охлаждение домашней фермы для майнинга. Иначе перегрев оборудования приведет к появлению ошибок при расчете хешей или даже к поломке дорогостоящих чипов.

Как работают системы охлаждения

Принцип действия любой системы прост: избыток тепла забирают у горячего объекта (чипа) и передают холодному (радиатору). Проблема в том, что их температура быстро сравняется. Чтобы этого не произошло, к радиатору должен подводиться холодный теплоноситель (воздух, антифриз, фреон или жидкий азот). Для отвода тепла используются три физических явления: теплопроводность, конвекция и термоизлучения. Последний наименее эффективен и может быть рассмотрен лишь в качестве вспомогательного.

Задачи систем охлаждения ферм для майнинга

Основная цель применения систем охлаждения — предотвращение перегрева графических процессоров видеокарт, установленных на майнинг-ферме. При работе низкопроизводительных видеокарт установка таких систем не требуется. С отводом тепла справляется радиатор пассивного охлаждения, который иногда дополняется кулером.

Однако такие GPU не способны справиться с объемом вычислений, требующихся для нахождения хешей подписи блоков данных в блокчейне. На майнинговых видеокартах устанавливаются большие радиаторы с несколькими мощными вентиляторами. При высокой нагрузке на компьютер во время добычи криптовалют применяются дополнительные системы охлаждения, охлаждающие блоки питания, материнские платы и видеоадаптеры. С задачей справляются только комплексные аппаратные решения, тогда как существующие программные методы способны лишь незначительно повлиять на нагрев компонентов.

Разновидности систем охлаждения

Для домашнего применения актуальны два способа охлаждения устройств: воздушное и водяное. Первый представляет собой радиатор с вентилятором, который отводит горячий воздух. В водяном охлаждении вода или другой теплоноситель отводит избыток тепла в крупные радиаторы, которые охлаждаются естественным способом или с помощью вентиляторов. Фермы с водяным охлаждением работают почти беззвучно и меньше греются. Но майнеры обычно предпочитают охлаждение воздухом из-за его доступной цены и простоты подключения.

Существуют и другая, значительно более сложный и эффективный способ охлаждения с помощью жидкого азота. Но такие дорогие и сложные решения могут позволить себе только крупные компании.

Для эффективного отвода тепла от фермы майнеры используют три уровня охлаждения, которые охлаждают:

• видеокарты;
• фермы в сборе;
• воздух в помещении.

При объединении ферм в стойки, появляется еще один уровень — охлаждение стоек (шкафов). Но это актуально для крупных ферм, которые недоступны новичкам и требуют очень больших финансовых вложений.

Давайте рассмотрим каждый уровень более подробно.

Охлаждение GPU (видеокарты)

Нагрев видеокарт, используемых в майнинге, является причиной, из-за которой майнеры вынуждены заниматься организацией охлаждения. Причина нагрева кроется в большом потреблении электроэнергии видеокартой. При этом небольшая ее часть превращается в механическую энергию вращения вентиляторов, а остаток — в тепло. При этом мощность топовых карт, например, Nvidia 1080Ti, составляет 250 ватт. Таким образом ферма из 6 карт эквивалентна электрическому нагревателю мощностью 1,5 кВт или батарее из 8 секций. Согласно нормативам, такого нагревателя достаточно для отопления комнаты площадью до 12 квадратных метров. Поэтому возникают две проблемы: отвести тепловую энергию от чипа и охладить помещение.

При расчете жидкостного и воздушного охлаждения следует учитывать нормативные параметры температуры. Большинство GPU могут устойчиво работать при температуре до 70 градусов. Некоторые энтузиасты греют их почти до 100 градусов, однако в таком режиме растет вероятность поломки, а ферма начинает работать нестабильно.

Оптимального температурного режима удается достигнуть двумя способами:

• уменьшение потребляемой мощности с помощью «даунвольта» и снижения частоты работы ядра (это актуально для алгоритмов, производительность которых зависит от работы ОЗУ, а не процессора);
• повышение эффективности теплоотвода за счет использования систем с усиленным воздушным и водяным охлаждением.

Установка водяного охлаждения требует определенных навыков обращения с компьютерным оборудованием. Работа выполняется следующим образом:

• снять вентиляторы с видеокарты;
• установить опорную пластину вместо задней панели;
• зафиксировать водяной блок, охлаждающий зоны GPU и VRM;
• соединить насос, водяной блок на карте и резервуар трубками;
• установить радиатор с вентилятором;
• заполнить систему охлаждающей жидкостью.

Воздушная система отвода тепла от чипа видеокарты состоит из трех элементов:

• Радиатор с большой площадью поверхности, изготовленный из меди и алюминия. Он соприкасается с тепловыделяющими деталями через термопрокладку, обеспечивающую свободный теплообмен.
• Вентилятор, обеспечивающий обдув радиатора и теплоотвод в окружающую среду. На мощных видеокартах ставят 2-3 вентилятора, в редких случаях — один.
• Бэкплейт — крепежная пластина на противоположной от чипа стороне платы. Она обеспечивает дополнительный отвод тепла и общую жесткость конструкции.

Учитывая тяжелые условия работы чипов, для майнинга применяется водяное охлаждение. Конструкция таких систем намного сложнее. Они включают в себя:

• водяной блок с креплением;
• резервуар для охлаждающей жидкости;
• водяной насос, обеспечивающий циркуляцию;
• вентилятор;
• фитинги, расширители и трубки.

В комплект поставки входит термопаста и фирменная жидкость, которую можно заменить смесью антифриза с дистиллированной водой.

Охлаждение майнинг-фермы

Воздушная система охлаждения отводит тепло от чипа. Однако конструкция фермы предполагает близкое расположение нескольких GPU. Из-за этого тепло вентилятор отводит горячий воздух от одной видеокарты и одновременно нагревает другую. Для повышения эффективности организовывают теплоотвод от фермы или рига в сборе. Существует два бюджетных способа охлаждения конструкции:

• Установка нескольких корпусных вентиляторов. Их можно запитать через разветвитель, позволяющий подключить несколько кулеров к одному SATA или Molex-коннектору. Их необходимо разместить между соседними видеоадаптерами. Для фермы из 4 карт понадобится 3 кулера. Можно увеличить обдув, установив вентиляторы с двух сторон от карты. Важно, чтобы направление потока воздуха совпадало, чтобы один подавал, а второй отводил воздух от видеокарт.
• Установка напольного вентилятора. Такое решение не менее эффективно и обходится намного дешевле. Его недостаток лишь в громоздкой конструкции. Если у вас установлено несколько ферм, лучше ставить корпусные вентиляторы.

При использовании водяного охлаждения достаточно просто разнести блоки подальше друг от друга.

Охлаждение помещений

Все тепло, отведенное от фермы, уходит на нагрев воздуха в комнате. Если зимой это может помочь сэкономить на отоплении, то летом превращается в серьезную проблему. Теплый воздух в комнате не охлаждает видеокарту и способен сделать неэффективной даже жидкостную систему. Особенно это актуально при установке нескольких ферм в одном небольшом помещении, которое без кондиционирования быстро превратится в сауну. Поэтому при работе нескольких видеокарт приходится решать вопрос перегрева комнаты.

Существует 4 варианта охлаждения комнаты:

• Естественная вентиляция через открытые окна. Этот способ отлично работает зимой и неплохо помогает летом. Его хватит для балкона с 2-3 фермами на видеокартах средней мощности.
• Вытяжная вентиляция с помощью вентилятора. Способ похож на установку вытяжки на кухне. Перед покупкой оборудования придется произвести расчет системы вентиляции, исходя из совокупной мощности ферм.
• Приточно-вытяжная вентиляция, подразумевающая использование двух вентиляторов. Один удаляет из комнаты тепло, другой подает в помещение воздух с улицы. Такая конструкция требует грамотного монтажа и сложного расчета. Зато ее эффективность намного выше.
• Установка кондиционера. Это самый эффективный и дорогостоящий способ, обычно используемый профессионалами. Однако ваши затраты не ограничатся покупкой и установкой бытового или профессионального кондиционера. Придется постоянно оплачивать дополнительный расход электроэнергии. Зато можно не беспокоиться о перегреве фермы даже в самую сильную жару.

Как показывает практика, расчет и установка системы охлаждения помещения становится актуальным после установки 5 и более ферм. До этого, как правило, достаточно открытых окон или вентилятора, установленного в форточку.
Следует учесть, что в помещение нельзя подавать воздух с повышенной влажностью или температурой ниже 0 градусов. В противном случае на платах может появиться конденсат, который будет окислять контакты и может стать причиной замыкания.

Проблемы охлаждения ферм

При организации эффективного отвода тепла майнеры сталкиваются с двумя проблемами: дороговизна и высокий уровень шума. Мощные видеокарты требуют установки множества кулеров, и радиаторов. Стоимость решений растет пропорционально количеству материала и устройств. При этом множество мощных вентиляторов сильно шумит при работе. На крупнейших майнинговых предприятиях, где установлены тысячи видеокарт, работники вынуждены носить беруши.

Водяные системы способны обеспечить почти бесшумное охлаждение за счет естественного отвода тепла от радиатора и обдува большими вентиляторами с низкой скоростью вращения. Однако владельцы ферм чаще готовы терпеть шум или выделить под добычу криптовалюты отдельное помещение, чем тратиться на дорогостоящее оборудование.