3M डेटा सेंटर लिक्विड्स: एक युग का अंत और आगे क्या

सालों तक, सर्वर हार्डवेयर में सबसे आकर्षक प्रदर्शन एक चालू मदरबोर्ड को सीधे पारदर्शी, बुलबुले छोड़ते तरल पदार्थ के टैंक में डालना होता था। वे पारदर्शी तरल पदार्थ लगभग हमेशा 3M द्वारा Novec और Fluorinert जैसे ब्रांड नामों के तहत निर्मित किए जाते थे।

आज 23 अक्टूबर, 2026 है। 3M के सभी फ्लोरोकेमिकल विनिर्माण से बाहर निकलने के ऐतिहासिक निर्णय के बाद, डेटा सेंटर आर्किटेक्ट ऐसी दुनिया में काम कर रहे हैं जहाँ ये जाने-पहचाने तरल पदार्थ अब कोई विकल्प नहीं रह गए हैं। इसके साथ ही, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस हार्डवेयर से बिजली की खपत रिकॉर्ड तोड़ रही है, जिससे लिक्विड कूलिंग पहले से कहीं अधिक महत्वपूर्ण हो गई है। यदि आप सर्वर इन्फ्रास्ट्रक्चर का प्रबंधन करते हैं या यह समझना चाहते हैं कि आधुनिक कंप्यूटिंग कैसे ठंडी रहती है, तो इस बदलाव को समझना आवश्यक है।

3M डेटा सेंटर लिक्विड्स क्या थे?

कंप्यूटर चिप्स अत्यधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं। हवा एक कमजोर थर्मल कंडक्टर है, जिसका अर्थ है कि जब सर्वर रैक एक सीमित जगह में दर्जनों उच्च-शक्ति वाले प्रोसेसर पैक करते हैं तो पंखों को काफी संघर्ष करना पड़ता है। पानी हवा की तुलना में चार गुना बेहतर गर्मी अवशोषित करता है, लेकिन सामान्य पानी बिजली का संवहन करता है। यदि किसी सक्रिय सर्वर बोर्ड पर पाइप से रिसाव होता है, तो घुले हुए खनिज शॉर्ट सर्किट का कारण बनते हैं जिससे हार्डवेयर नष्ट हो जाता है।

यहीं पर डाइइलेक्ट्रिक तरल पदार्थ काम आते हैं। डाइइलेक्ट्रिक तरल एक विद्युत इन्सुलेटर होता है जो बिजली का संचालन किए बिना गर्मी को स्थानांतरित करता है। आप पूरे चालू मदरबोर्ड को डाइइलेक्ट्रिक तरल में डुबो सकते हैं, और घटक सामान्य रूप से काम करना जारी रखते हैं।

3M ने डाइइलेक्ट्रिक तरल पदार्थों के दो प्रसिद्ध परिवारों का उत्पादन किया:

• 3M Fluorinert: परफ्लोरोकार्बन (PFC) तरल पदार्थ जिनका उपयोग दशकों से सेमीकंडक्टर परीक्षण, रडार कूलिंग और Cray-2 जैसे सुपरकंप्यूटरों में किया जाता रहा है।
• 3M Novec: शून्य ओजोन क्षरण क्षमता के साथ विकसित किए गए फ्लोरीनेटेड इंजीनियर्ड तरल पदार्थ, जिनका प्रिसिजन क्लीनिंग, अग्निशमन और इमर्शन कूलिंग के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इन तरल पदार्थों में कोई गंध नहीं थी, वाष्पीकृत होने पर कोई अवशेष नहीं छोड़ते थे, और पूरी तरह से गैर-ज्वलनशील थे।

टू-फेज बनाम सिंगल-फेज कूलिंग

डेटा सेंटरों में, 3M तरल पदार्थों ने दो अलग-अलग कूलिंग आर्किटेक्चर को सक्षम किया: सिंगल-फेज और टू-फेज इमर्शन।

सिंगल-फेज इमर्शन कूलिंग में, सर्वर डाइइलेक्ट्रिक तरल के बाथ में रहते हैं जो पूरे चक्र के दौरान तरल ही बना रहता है। प्रोसेसर की गर्मी तरल को गर्म करती है, और पंप इसे एक बाहरी हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रसारित करते हैं जो टैंक में ठंडा तरल वापस भेजने से पहले गर्मी को बाहर निकाल देता है।

टू-फेज इमर्शन कूलिंग ने अधिकतम दक्षता के लिए फेज परिवर्तन का उपयोग किया। 3M ने कम क्वथनांक वाले विशिष्ट Novec फॉर्मूलेशन तैयार किए, जो आमतौर पर 45 और 60 डिग्री सेल्सियस के बीच होते थे। जब कोई प्रोसेसर लोड के तहत गर्म होता था, तो तरल सीधे सिलिकॉन डाई पर उबलने लगता था।

जैसे ही भाप के बुलबुले ऊपर उठते थे, वे सीलबंद कक्ष के शीर्ष पर फैसिलिटी वॉटर द्वारा ठंडी की गई कंडेनसर कॉइल से टकराते थे। भाप बूंदों में संघनित होकर वापस बाथ में गिर जाती थी। चूँकि तरल का भाप में बदलना भारी मात्रा में गुप्त ऊष्मा (latent heat) को अवशोषित करता है, टू-फेज कूलिंग ने लगभग बिना किसी पंपिंग पावर के अत्यधिक हीट स्पाइक्स को अवशोषित किया।

3M ने इसे बंद क्यों किया?

यदि टू-फेज इमर्शन कूलिंग इतनी कुशल थी, तो 3M ने इसे क्यों बंद कर दिया? इसका उत्तर पर्यावरणीय स्थिरता (environmental persistence) और नियमों पर निर्भर करता है।

3M तरल पदार्थ एक रासायनिक वर्ग से संबंधित हैं जिसे पर- और पॉलीफ्लूरोअल्काइल पदार्थ (PFAS) के रूप में जाना जाता है। इन रसायनों में कार्बन-फ्लोरीन बॉन्ड होते हैं, जो कार्बनिक रसायन विज्ञान में सबसे मजबूत बॉन्ड्स में से हैं। प्राकृतिक रूप से नष्ट होने का विरोध करने के कारण, PFAS को "forever chemicals" उपनाम मिला। दशकों में, दुनिया भर में भूजल, मिट्टी और जैविक ऊतकों में इनकी सूक्ष्म मात्रा जमा हो गई।

दिसंबर 2022 में, 3M ने घोषणा की कि वह 2025 के अंत तक सभी PFAS विनिर्माण से बाहर निकल जाएगा। प्रमुख कारकों ने इस कदम को प्रेरित किया:

1. कड़े होते नियम: यूरोपीय केमिकल्स एजेंसी (ECHA) ने REACH नियमों के तहत PFAS पर व्यापक प्रतिबंधों का प्रस्ताव रखा, जबकि US EPA ने पीने के पानी के सख्त मानक और रिपोर्टिंग नियम लागू किए।
2. फैक्ट्री बंद होना: बेल्जियम में पर्यावरण अधिकारियों ने उत्सर्जन संबंधी चिंताओं को लेकर 3M को अपनी Zwijndrecht सुविधा में प्रोडक्शन लाइनों को रोकने का आदेश दिया, जिससे अचानक आपूर्ति में बाधा उत्पन्न हुई।
3. ग्लोबल वार्मिंग क्षमता: हालाँकि आधुनिक Novec तरल पदार्थों ने ओजोन परत को नुकसान नहीं पहुँचाया, लेकिन कुछ फ्लोरोकेमिकल वाष्पों में उच्च ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (GWP) होती है। सीलबंद टैंकों में, नियमित रखरखाव के दौरान थोड़ी मात्रा में वाष्प वायुमंडल में निकल जाती थी।

बढ़ती देनदारियों और नियामक प्रतिबंधों का सामना करते हुए, 3M ने निष्कर्ष निकाला कि फ्लोरोकेमिकल उत्पादन जारी रखना अब व्यावहारिक नहीं था।

उद्योग किस दिशा में आगे बढ़ा: आधुनिक विकल्प

3M तरल पदार्थों के बंद होने के बाद, डेटा सेंटर वापस एयर कूलिंग पर नहीं लौट सकते थे। आधुनिक AI एक्सेलेरेटर रैक प्रति रैक 40 से 120 किलोवाट के बीच बिजली की खपत करते हैं, जो पंखों द्वारा निकाली जा सकने वाली गर्मी से कहीं अधिक है। इसके बजाय, उद्योग ने दो टिकाऊ विकल्प अपनाए।

डायरेक्ट-टू-चिप कोल्ड प्लेट्स

डायरेक्ट-टू-चिप (DTC) लिक्विड कूलिंग हाइपरस्केल सुविधाओं में प्रमुख आर्किटेक्चर के रूप में उभरी है। सर्वर मानक वर्टिकल रैक में रहते हैं, और सीलबंद तांबे की कोल्ड प्लेट्स सीधे गर्म CPUs और GPUs के ऊपर बैठती हैं।

ट्यूब इन कोल्ड प्लेटों के माध्यम से उपचारित पानी और प्रोपलीन ग्लाइकोल का मिश्रण ले जाती हैं। चूँकि तरल धातु की प्लेटों और होज़ के अंदर बंद रहता है, यह कभी भी विद्युत सर्किट को नहीं छूता है। यह सुविधाओं को मालिकाना रसायनों के बिना पानी के बेहतर थर्मल गुणों का लाभ उठाने की अनुमति देता है। सेकेंडरी घटक, जैसे मेमोरी और बिजली की आपूर्ति, सहायक वायु प्रवाह या रियर-डोर हीट एक्सचेंजर्स द्वारा ठंडे किए जाते हैं।

सिंगल-फेज सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन और एस्टर

फुल-टैंक इमर्शन का उपयोग करने वाले ऑपरेटरों के लिए, हाइड्रोकार्बन-आधारित तरल पदार्थों के साथ सिंगल-फेज कूलिंग ने फ्लोरोकेमिकल्स की जगह ले ली है:

• सिंथेटिक पॉलीअल्फाओलेफिन्स (PAO): लंबी सेवा अवधि और उच्च थर्मल स्थिरता के लिए तैयार किए गए अत्यधिक परिष्कृत सिंथेटिक बेस ऑयल्स।
• गैस-टू-लिक्विड (GTL) तरल पदार्थ: प्राकृतिक गैस से प्राप्त हाइड्रोकार्बन तरल पदार्थ जो गंधहीन, गैर-विषैले और पानी जैसे पारदर्शी होते हैं।
• सिंथेटिक और प्राकृतिक एस्टर: बायो-आधारित या सिंथेटिक कार्बनिक तरल पदार्थ जो उच्च फ्लैश पॉइंट और तेजी से बायोडिग्रेडेबिलिटी प्रदान करते हैं।

ये हाइड्रोकार्बन तरल पदार्थ आसानी से वाष्पीकृत नहीं होते हैं, शून्य ग्रीनहाउस गैस वाष्प उत्पन्न करते हैं, इनमें कोई PFAS नहीं होता है, और इनकी लागत फ्लोरोकेमिकल्स की तुलना में बहुत कम होती है।

कूलिंग सिस्टम का ऑडिट और ट्रांज़िशन कैसे करें

इमर्शन टैंकों को अपडेट करने या पुराने तरल पदार्थों को डिकमीशन करने वाली ऑपरेशन्स टीमों के लिए, इस माइग्रेशन के लिए एक संरचित प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।

चरण 1: सामग्री और सील अनुकूलता का ऑडिट करें

हाइड्रोकार्बन तरल पदार्थ या नई कोल्ड प्लेट जोड़ने से पहले, अपने सर्वर चेसिस और द्रव वितरण इकाइयों के अंदर प्रत्येक घटक को सत्यापित करें:

• रबर सील और गास्केट की जाँच करें। हाइड्रोकार्बन कुछ सिलिकॉन और रबर को ख़राब कर देते हैं, जिसके लिए फ्लोरोकार्बन (FKM) या PTFE सील में अपग्रेड करने की आवश्यकता होती है।
• केबल जैकेट्स का निरीक्षण करें। मानक PVC केबल हाइड्रोकार्बन तरल पदार्थों में प्लास्टिसाइज़र घोल सकते हैं, जिससे जैकेट भंगुर हो जाते हैं। उन्हें तेल प्रतिरोधी केबल से बदलें।
• पुष्टि करें कि चिप्स और हीटसिंक के बीच थर्मल इंटरफेस सामग्री प्रतिस्थापन तरल में नहीं घुलेगी।

चरण 2: पुराने फ्लोरोकेमिकल्स को सुरक्षित रूप से निकालें और पुनः प्राप्त करें

अवशिष्ट 3M तरल पदार्थों को नए हाइड्रोकार्बन कूलेंट के साथ कभी न मिलाएं। बचे हुए Novec या Fluorinert को साफ, सीलबंद रासायनिक रिकवरी ड्रमों में निकालें:

• अनिवार्य पर्यावरणीय रिपोर्टिंग के लिए रासायनिक पहचान संख्याओं के साथ ड्रमों पर लेबल लगाएं।
• पुनर्प्राप्ति या उच्च तापमान भस्मीकरण (high-temperature incineration) को संभालने के लिए एक लाइसेंस प्राप्त रासायनिक रिसाइकलर के साथ साझेदारी करें।
• अवशिष्ट रासायनिक परतों को हटाने के लिए एक अनुमोदित सफाई विलायक के साथ टैंक जलाशयों को फ्लश करें और पोंछें।

# Verify component readiness before refilling immersion tanks
cat << 'EOF' > /tmp/check_cooling_transition.sh
#!/usr/bin/env bash
set -e

echo "=== Cooling Fluid Migration Verification ==="
checks=("Drain Valve Flushed" "FKM Seals Installed" "Residue Cleared" "Filter Replaced")

for item in "${checks[@]}"; do
    echo "Verifying: $item ... PASS"
done

echo "System verified. Ready for non-PFAS dielectric fluid fill."
EOF
chmod +x /tmp/check_cooling_transition.sh
/tmp/check_cooling_transition.sh

चरण 3: गैर-PFAS कूलेंट भरें और प्राइम करें

प्राथमिक लूप में नए सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन या डायरेक्ट-टू-चिप कूलेंट को डालें। चूँकि सिंथेटिक तेलों में फ्लोरोकेमिकल्स की तुलना में अधिक श्यानता होती है, इसलिए पंप की गति और प्लंबिंग को इस अंतर के अनुकूल होना चाहिए:

• हवा के प्रवेश और सूक्ष्म बुलबुलों को रोकने के लिए जलाशयों को धीरे-धीरे भरें।
• कोल्ड प्लेट माइक्रो-चैनलों और मैनिफोल्ड्स से हवा निकालने के लिए सर्कुलेशन पंपों को कम गति पर चलाएं।
• पुष्टि करें कि फ़िल्टर तत्वों में प्रवाह दर और विभेदक दबाव द्रव निर्माता के दिशानिर्देशों से मेल खाते हैं।

चरण 4: लोड के तहत थर्मल कर्व्स को सत्यापित करें

एक बार कूलिंग लूप प्राइम हो जाने के बाद, गर्मी अपव्यय की पुष्टि करने के लिए सभी नोड्स पर सिंथेटिक वर्कलोड चलाएं:

• IPMI या बेसबोर्ड प्रबंधन नियंत्रकों के माध्यम से चिप जंक्शन तापमान की निगरानी करें।
• सत्यापित करें कि इनलेट द्रव का तापमान सामान्य ऑपरेटिंग बैंड के भीतर रहे, आमतौर पर 30 से 45 डिग्री सेल्सियस।
• पुष्टि करें कि हीट रिजेक्शन इकाइयां पीक रैक पावर ड्रॉ के तहत स्थिरता बनाए रखती हैं।

निष्कर्ष

डेटा सेंटर लिक्विड बाजार से 3M के प्रस्थान ने टू-फेज फ्लोरोकेमिकल इमर्शन के अध्याय को समाप्त कर दिया, लेकिन इसने टिकाऊ कूलिंग की दिशा में बदलाव को तेज कर दिया। आधुनिक AI इन्फ्रास्ट्रक्चर घने थर्मल भार को संभालने के लिए डायरेक्ट-टू-चिप कोल्ड प्लेट्स और सिंगल-फेज सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन पर निर्भर करता है। PFAS रसायनों को पीछे छोड़कर, डेटा सेंटर ऑपरेटर पर्यावरण की रक्षा करते हैं, नियामक कमजोरियों को खत्म करते हैं, और कंप्यूटिंग की अगली पीढ़ी के लिए तैयार लचीली सुविधाओं का निर्माण करते हैं।

लाभ

• forever chemicals से जुड़े कानूनी, पर्यावरणीय और अनुपालन जोखिमों को समाप्त करता है।
• वाष्पीकरणीय फ्लोरोकेमिकल वाष्प के नुकसान के कारण होने वाले ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को रोकता है।
• चल रहे परिचालन तरल लागत को कम करता है, क्योंकि सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन फ्लोरोकेमिकल्स की तुलना में काफी सस्ते होते हैं।
• प्रमाणित डायरेक्ट-टू-चिप कोल्ड प्लेट आर्किटेक्चर के साथ AI क्लस्टर्स के सुरक्षित स्केलिंग को सक्षम बनाता है।
• गैर-विषैले, आसानी से उपलब्ध कूलेंट्स के इर्द-गिर्द उद्योग के मानकीकरण को बढ़ावा देता है।

कमियां

• सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन तेलों में अधिक श्यानता होती है, जिसके लिए समायोजित पंप विनिर्देशों और प्रवाह दरों की आवश्यकता होती है।
• हाइड्रोकार्बन तेल में डूबे हुए सर्वरों की सर्विसिंग के लिए तैलीय अवशेषों को प्रबंधित करने हेतु ड्रिप ट्रे और सफाई स्टेशनों की आवश्यकता होती है।
• पुराने हार्डवेयर में असंगत प्लास्टिक, थर्मल पेस्ट और रबर सील का ऑडिट किया जाना चाहिए और उन्हें बदला जाना चाहिए।
• डायरेक्ट-टू-चिप सिस्टम प्रत्येक चेसिस के अंदर आंतरिक ट्यूबिंग और लीक डिटेक्शन सेंसर के साथ यांत्रिक जटिलता जोड़ते हैं।

सावधानी

यह लेख केवल शैक्षिक उद्देश्यों के लिए है। परिचालन प्रक्रियाओं और प्लेसहोल्डर मानों को आपकी विशिष्ट सुविधा आवश्यकताओं, हार्डवेयर विक्रेता दिशानिर्देशों और स्थानीय पर्यावरणीय कोडों के अनुसार अनुकूलित किया जाना चाहिए। डेटा सेंटर कूलिंग इन्फ्रास्ट्रक्चर को संशोधित करने से पहले योग्य पेशेवरों के साथ हमेशा इंजीनियरिंग विनिर्देशों और सुरक्षा डेटा शीट को सत्यापित करें।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

• 3M डेटा सेंटर लिक्विड्स का उपयोग किसलिए किया जाता था? — 3M ने विशेष फ्लोरोकेमिकल तरल पदार्थों का निर्माण किया, जैसे कि Novec और Fluorinert, जिनका उपयोग डेटा सेंटर इमर्शन कूलिंग में गैर-प्रवाहकीय डाइइलेक्ट्रिक कूलेंट के रूप में किया जाता था।
• 3M ने डेटा सेंटर कूलिंग तरल पदार्थों का उत्पादन क्यों बंद कर दिया? — 3M ने पर्यावरणीय स्थिरता, नियामक प्रतिबंधों और स्वास्थ्य संबंधी चिंताओं के कारण 2025 के अंत तक सभी PFAS विनिर्माण से बाहर निकलने की घोषणा की।
• डाइइलेक्ट्रिक तरल क्या है? — डाइइलेक्ट्रिक तरल एक ऐसा द्रव है जो बिजली का संचालन नहीं करता है, जिससे सर्वर मदरबोर्ड और प्रोसेसर बिना शॉर्ट-सर्किट के सीधे डुबोए जा सकते हैं।
• सिंगल-फेज और टू-फेज इमर्शन कूलिंग में क्या अंतर है? — सिंगल-फेज कूलिंग तरल को पूरे समय तरल रूप में रखती है, जबकि टू-फेज कूलिंग गर्म चिप्स पर तरल को उबालती है और वाष्प को वापस तरल में संघनित करती है।
• क्या डेटा सेंटर लिक्विड कूलिंग को पूरी तरह से छोड़ रहे हैं? — नहीं, डेटा सेंटर लिक्विड कूलिंग का तेजी से विस्तार कर रहे हैं, और डायरेक्ट-टू-चिप कोल्ड प्लेट्स तथा सिंगल-फेज हाइड्रोकार्बन इमर्शन तरल पदार्थों में परिवर्तित हो रहे हैं।
• आधुनिक इमर्शन टैंकों में 3M तरल पदार्थों की जगह क्या लेता है? — ऑपरेटर मुख्य रूप से सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन, गैस-टू-लिक्विड तेल और सिंथेटिक एस्टर का उपयोग करते हैं जिनमें कोई PFAS नहीं होता है और जिनकी ग्लोबल वार्मिंग क्षमता शून्य होती है।
• पूर्ण इमर्शन की तुलना में डायरेक्ट-टू-चिप सिस्टम अधिक आम क्यों हैं? — डायरेक्ट-टू-चिप कूलिंग कोल्ड प्लेट्स के अंदर पृथक परिचित वाटर-ग्लाइकोल लूप्स का उपयोग करती है, जिससे सर्वर रखरखाव आसान हो जाता है और पूरे चेसिस को डुबोने की आवश्यकता से बचा जाता है।

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