Почему ASIC нагревается и как это влияет на работу устройства? 

Начнем с самого начала, почему майнер так сильно нагревается? 

Это связано с принципом работы самой системы, если точнее, то вся та электроэнергия, которую пропускает система, преобразуется в тепло. С учетом развития технологий и достигнутой высоте хэш мощности последних моделей майнеров от популярных производителей, количество тепла, которое они производят, тоже увеличивается. 

Проблема с перегревом внутренних компонентов устройства, при достаточной продолжительности, может привести к повреждению этого оборудования. Сама поломка, скорее всего, будет необратимой, так как первым делом страдают вычислительные чипы на хэшплате ASIC-майнера. А если сами компоненты останутся невредимы, то проклейка внутренних элементов, термопаста и другие материалы могут поменять свою структуру и просто напросто перестать выполнять свою теплопроводящую функцию должным образом.

Так как решается вопрос перегрева устройств на самом базовом уровне? Для этого используется троттлинг.

Троттлинг - это механизм, используемый в вычислительных устройствах для ограничения производительности компонентов с целью предотвращения перегрева и последующего повреждения. Данный механизм, зачастую, встроен в саму аппаратную структуру чипа и активируется автоматически, без возможности принудительного отключения.

С точки зрения работы асика, процесс снижения производительности для обеспечения рабочей температуры и общей безопасности системы - важен, но ценой использования такого механизма, является снижение вашей прибыли. Чтобы решить данную сложность, производители прибегают к использованию дополнительных систем охлаждений для достижения стабильной работы асиков.

Если же температура оборудования достигнет критических значений (для каждой модели это индивидуальное значение, например для Antminer это свыше 90℃), то для того, чтобы защитить систему устройство отключится.

На данный момент используются три системы охлаждения и это:

1. Воздушное охлаждение.

2. Водяное охлаждение.

3. Иммерсионное охлаждение.

Рассмотрим каждый из видов отдельно, опишем их плюсы и минусы и области применения как в домашних условиях, так и на базе майнинг ферм.

Воздушное охлаждение или использование приточного воздуха

Самый простой и часто встречаемый механизм для отвода тепла от внутренних компонентов устройства, простой в использовании и обслуживании.

Из чего состоит система воздушного охлаждения: 

• Вентиляторы - Основной элемент системы воздушного охлаждения. Они различаются по мощности, скорости вращения и уровню шума. Вентиляторы должны обеспечивать достаточный поток воздуха для эффективного отвода тепла от чипов.

• Радиаторы - Металлические пластины, обычно из алюминия или меди, которые крепятся на чипы. Они увеличивают площадь поверхности для улучшения теплообмена. Чем больше и массивнее радиатор, тем эффективнее он отводит тепло.

• Корпус ASIC - Дизайн корпуса также играет важную роль. Хороший корпус спроектирован так, чтобы поток воздуха проходил через основные источники тепла и минимизировал застойные зоны, где среда может нагреваться.

• Пылевые фильтры - различных размеров сетки или иные преграды, которые не позволяют пыли оседать на внутренних компонентах системы, тем самым снижая эффективность охлаждения. 

Принцип работы: 

• В процессе вычислений ASIC-майнеры потребляют много электроэнергии, большая часть которой преобразуется в тепло. Основным источником тепла являются чипы.

• Чипы непосредственно контактируют с радиаторами — металлическими пластинами, чаще всего изготовленными из алюминия или меди. Эти материалы выбраны за их высокую теплопроводность, что позволяет эффективно передавать тепло от чипов к радиаторам.

• Радиаторы имеют ребристую или пластинчатую структуру, что значительно увеличивает площадь поверхности, контактирующей с воздухом. Это позволяет быстрее и эффективнее отдавать тепло окружающей среде.

• Вентиляторы, установленные в корпусе майнера, создают постоянный поток воздуха. Обычно один или несколько вентиляторов всасывают прохладный воздух снаружи, пропуская его через радиаторы, и выводят нагретый воздух наружу.

• Когда прохладный воздух проходит через радиаторы, он поглощает тепло, снижая температуру радиаторов и, соответственно, чипов. Нагретый воздух затем выводится наружу, а его место занимает более холодный воздух, продолжая цикл охлаждения.

• В современных майнерах используются датчики температуры, которые могут регулировать скорость вентиляторов в зависимости от текущей температуры чипов. Это помогает поддерживать оптимальную температуру работы и предотвращает перегрев.

Как и свойственно всему у воздушного охлаждения есть ряд преимуществ и недостатков: 

Преимущества: 

• Простота и надежность использования - воздушные системы охлаждения просты в установке и эксплуатации.

• Относительная дешевизна и низкие требования к обслуживанию - по сравнению с другими методами охлаждения, такими как жидкостное охлаждение, воздушное охлаждение дешевле в производстве и приобретении.

• Компактность - системы воздушного охлаждения занимают меньше места.

Недостатки:

• Ограниченная эффективность из-за зависимости от температуры окружения.

• Проблемы с засорением пылью - накопление пыли может снизить эффективность охлаждения и даже привести к перегреву оборудования, если не проводить регулярную чистку.

• Уровень шума - вентиляторы, работающие на высокой скорости создают шум (75 дБ). И чем больше устройств, тем выше этот уровень шума. Следовательно логичнее устанавливать массив из устрйоство на воздушно охлаждении на базе майнинг ферм.

Водяное/жидкостное охлаждение 

Жидкостное или водяное охлаждение, является более продвинутой и сложной системой со своими нюансами, для начала, давайте рассмотрим из чего она состоит: 

• Водоблоки: Основной элемент, который устанавливается на чипы. Они выполнены из материалов с высокой теплопроводностью.

• Насос (помпа): Устройство, обеспечивающее движение жидкости по системе. Насосы должны быть надежными и достаточно мощными для обеспечения стабильного потока.

• Радиатор: Используется для охлаждения жидкости, которая проходит через него. Чем больше радиатор, тем эффективнее он проводит теплообмен.

• Трубки: Связывают все компоненты, обеспечивая поток жидкости. Трубки должны быть устойчивы к воздействию охлаждающей жидкости и высоким температурам.

• Охлаждающая жидкость: Специальная жидкость, которая циркулирует по системе, отводя тепло от чипов. Обычно это вода с добавками, предотвращающими коррозию и рост микроорганизмов.

Как работает:

• Теплопередача от чипа: Каждый чип майнера оснащается водоблоком, который непосредственно контактирует с его поверхностью. Водоблок изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, такого как медь, и служит для эффективной теплоотдачи от чипа.

• Циркуляция охлаждающей жидкости: Водоблоки подключены к системе трубок, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Эта жидкость поглощает жар от водоблоков и переносит его дальше по системе.

• Теплоотвод через радиатор: Нагретая жидкость поступает в радиатор, устройство с большой площадью поверхности, где тепловая энергия от жидкости отводится в окружающую среду. На радиаторе установлены вентиляторы, которые обдувают его, улучшая теплообмен.

• Насос (помпа): Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию жидкости по системе, поддерживая её движение от водоблоков к радиатору и обратно. Это критически важно для поддержания стабильной температуры всех компонентов.

• Возвращение охлажденной жидкости: После прохождения через радиатор и отвода тепловой энергии, охлажденная жидкость возвращается к водоблокам, и цикл повторяется.

Преимущества:

• Высокая эффективность и стабильность - жидкостное охлаждение более эффективно отводит тепловую энергию от компонентов по сравнению с воздушным. Это позволяет поддерживать относительно низкую и стабильную температуру, что может повысить производительность и продлить срок службы оборудования.

• Тишина - Система с жидкостным охлаждением обычно работает тише (не выше 30 дБ).Это делает их более предпочтительными в ситуациях, где уровень шума критичен.

Недостатки:

• Сложность установки и дороговизна и обслуживания - основная проблема с такими системами теплоотвода в их сложности и большом количестве составляющих элементов.

• Риск утечек - Несмотря на высокую надежность современных систем, всегда существует риск утечек, которые могут повредить оборудование, что снова отсылает к регулярному обслуживанию.

Иммерсионное охлаждение 

Иммерсионное охлаждение — это метод теплоотвода, при котором оборудование полностью погружается в специальную диэлектрическую жидкость. Этот подход чаще используется для самых мощных ASIC-майнеров из-за высоких мощностей и следовательно, сильного нагрева. 

Давайте рассмотрим из чего состоит данная система и как она помогает в майнинге: 

• Диэлектрическая жидкость - главный компонент, специальная жидкость, которая не выводит технику из строя, представляет собой фторуглеродные жидкости или трансформаторные масла.

• Иммерсионный резервуар - герметичный бак/корпус из устойчивых к химическим воздействиям материалов, в который полностью погружаются ASIC-майнеры.

• Насос (может быть несколько) - обеспечивает циркуляцию жидкости внутри резервуара и ее перекачку через теплообменники. 

• Радиаторы для теплообмена - состовляющие для теплоотвода, поглощенного жидкостью. Они могут быть воздушного типа, с вентиляторами для обдува, или водяного типа, использующие внешний водяной теплоотвод.

• Трубопроводы - Соединяют насосы, резервуар и теплообменники, обеспечивая непрерывную циркуляцию жидкости.

• Система управления - Включает датчики потока и уровня жидкости, температурных изменений для контроля за состоянием этого сложного комплекса. Это позволяет оптимизировать работу всех компонентов и предотвращать аварийные ситуации.

Стоит отметить что настолько сложные комплексы требует эксплуатации в отдельном помещении, идеальным примером будет майнинг ферма.

Принцип работы на базе майнинг ферм 

Сам процесс состоит из следующих этапов:

• Погружение - ASIC-майнеры (внутренние компоненты) устанавливаются в специальный резервуар/корпус, который заполнен диэлектрической жидкостью. Эта жидкость не проводит электричество, что позволяет безопасно охлаждать электронные компоненты.

• Теплопередача - Диэлектрическая жидкость непосредственно контактирует с поверхностью оборудования, эффективно производя теплообмен.

• Циркуляция жидкости - Жидкость, нагретая от оборудования, циркулируется с помощью насосов. Это обеспечивает постоянное движение жидкости, что помогает поддерживать равномерную температуру и предотвращает перегрев.

• Охлаждающий процесс самой жидкости - Нагретая жидкость прокачивается через теплообменники или радиаторы, где она охлаждается.

• Возврат жидкости - Охлажденная жидкость возвращается в резервуар, где она продолжает поглощать тепло от оборудования, замыкая цикл.

Преимущества: 

• Высокая эффективность - данный способ теплоотвода наиболее эффективный и позволяет сохранять низкую рабочую температуру оборудования очень долгое время.

• Низкий шум - такой комплекс почти бесшумен, максимальное значение издаваемых звуков колеблется от 10 до 30 дБ.

• Защита от пыли и загрязнений - закрытый корпус оборудования/резервуара предусматривает собой полную изоляцию от внешних источников загрязнений или иных помех.

Недостатки:

• Высокая стоимость всех компонентов.

• Необходимость в дополнительном пространстве и наличии специализированной инфраструктуры для такого типа устройств.

Так какое охлаждение лучше?

Ответить что одно конкретное решение из перечисленных лучше других в любой ситуации - невозможно, для ответа на этот вопрос следует всегда исходить из суммы факторов, которые и дадут наиболее верный ответ. 

В факторы, влияющие на ваше решение следует включать: 

1. Температура региона вашего государства (или региона в котором вы планируете размещать свое оборудование).

2. Наличие подходящей вентиляции внутри помещения с оборудованием.

3. Размер пространства, в котором будут размещены асики.

4. Сопутсвтующие расходы на установку дополнительных систем, необходимых для обеспечения работы асиков.

И многие другие, которые будут зависеть от конкретной ситуации.