Чем заменить иммерсионное масло для микроскопа
Иммерсионная жидкость. Какую выбрать для майнинга и почему
За последние несколько лет в мире появились десятки составов под маркой «самая лучшая жидкость для иммерсионного охлаждения». Чаще всего за громкими названиями скрываются вариации на тему разного рода масел: ПАОМа (базовое синтетическое полиальфаолефиновое масло), кремнийорганических масел (ПМС, ПДМС, ПЭС), фторкетонов и прочего. Какая жидкость лучше других подойдёт для иммерсионного охлаждения вычислительного оборудования.
Жидкость Novec — может и лучшая, но очень дорогая
Novec — это продукт американской промышленной химической корпорации 3M. Она подарила миру прозрачную ленту-скотч, магнитные аудиокассеты, а заодно и фторсодержащий хладагент Fluorinert. Последний регулярно подвергался критике из-за наличия озоноразрушающих веществ и косвенного влияния на глобальное потепление, поэтому в 1996 г. его сменила жидкость Novec, не обладающая недостатками предшественника.
Fluorinert-Novec действительно уникальная по многим показателям жидкость. Она прозрачная, негорючая (используется для тушения возгораний электроники), не имеет запаха, а также обладает разными точками кипения, отличными диэлектрическими свойствами и совместима с большинством компонентов вычислительного «железа». За последние годы 3M даже сумела создать Novec образ «специально доработанной для майнеров жидкости», что лишь усилило доверие к ней в сочетании со 120-летней историей существования самой компании.
Следует сказать, что в двухфазной и однофазной системах охлаждения майнингового оборудования Novec зарекомендовала себя с лучшей стороны. Чаще всего для двухфазной системы используют составы 7000, 7100 и 7200. Что примечательно, в двухфазной системе охлаждения можно использовать только фторуглеродные жидкости, заливать туда масло бессмысленно. У названных выше составов не самая высокая точка кипения, что коррелирует с рабочим температурным режимом элементов и эффективным теплообменом. За счёт естественного испарения, конденсации и охлаждения жидкости система не нуждается в насосах внутреннего контура, сложном и дорогом теплообменнике и некоторых иных элементах. Более подробно о принципе работы систем иммерсионного охлаждения на базе жидкости Novec вы можете прочитать в статье: Сравнение жидкостей Novec и Coolant — почему мы остановились на собственной разработке.
Однако двухфазная система охлаждения на базе Novec обладает целым рядом недостатков, которые делают её применение в домашнем майнинге практически невозможным, а в промышленном — сопряжённым с несоразмерными затратами на организацию такой системы. Во-первых, жидкость очень дорогая. Цена стартует в среднем от 130 USD/литр! Во-вторых, для использования Novec нужна абсолютно герметичная ёмкость с системой компенсации нарастающего давления. В конце концов погружаемое оборудование тоже нужно дорабатывать, что делает использование «двухфазки» гораздо более дорогостоящим. А стоимость конденсатора иногда превышает стоимость любого теплообменника.
Не лучше ситуация выглядит и при создании однофазной системы охлаждения на базе Novec 7300, 7500 или 7700. В этом случае конструкция фермы, конечно, упрощается, и погрузить в неё можно любое оборудование, но высокая летучесть всё равно требуют делать ёмкость максимально герметичной. При длительном использовании Novec склонна выкипать, а это значит, что её нужно постоянно приобретать дополнительно. К тому же нужно учитывать слишком много переменных, да и не исключено, что состав со временем разъедает некоторые элементы вычислительного оборудования.
ПМС, ПЭС, ПМФС — их создавали не для майнинга
Некоторые российские компании-производители систем иммерсионного охлаждения активно продвигают свою «чудо-жидкость». Иногда её называют разными красивыми именами, но нередко реализуют и под более привычной маркой ПМС-50 или аналогичными наименованиями (может быть и ПМС-5, 10, 20, 100).
Полиметилсилоксан, как основной представитель кремнийорганических (силиконовых) масел, действительно обладает некоторыми особыми свойствами. Например, он не поддерживает горение до определённого момента, очень медленно испаряется, стойкий к окислению, не гигроскопичен (т.е. не поглощает влагу из воздуха), не вступает в реакцию с компонентами погружённого оборудования, биологически безопасен и т.д.
Впрочем, уже по самому первому пункту возникают вопросы. Дело в том, что локальные очаги возгорания жидкости в ёмкости, скажем, объёмом 60 литров не страшны. Но едва она полностью достигнет температуры вспышки (которая здесь тоже есть, пусть и на уровне 200-300°C) как воспламенится по аналогии с любым маслом. Также хотя оно и предназначалось для охлаждения электронного оборудования вроде трансформаторов, изготовители никогда не рекомендовали силиконовое масло для погружного охлаждения печатных плат, чипов и иных многослойных компонентов.
Дело в том, что подобные жидкости обладают малой плотностью и легко проникают в щели и пустое пространство между платами («смачивают»). У фторуглеродов, к примеру, плотность как минимум в 2 раза выше, что не позволяет им так легко деформировать платы. Разумеется, можно говорить о разной степени очистки масел и их высокой инертности, однако проблемы с текстолитом всё равно начнутся рано или поздно. А стоят такие жидкости в среднем 7-10 USD/литр.
Таким образом, ПМС и его аналоги выступают неплохим временным решением для иммерсионного охлаждения небольшого количества майнеров, однако немалая цена позволяют сомневаться в его эффективности для промышленного майнинга.
Синтетические масла ПАОМ, HVI — вопреки физике
Данный тип базовых масел также можно встретить под кучей разных загадочных аббревиатур на сайтах компаний, занимающихся иммерсионным охлаждением. Внешний вид жидкости ПАО, ПАОМ-2 довольно привлекателен — прозрачная, без цвета и запаха, с неплохой температурой вспышки от 170 до 200°C. У неё малая вязкость и низкая температура застывания (-60-70°C), масло химически пассивное, стойкое к окислению (условно стойкое, разумеется, при закрытой большую часть времени ёмкости). Стоимость в обычной рознице не превышает 1 USD/литр, как иммерсионная жидкость может продаваться и по 2 USD/литр и выше.
Впрочем, несмотря на все преимущества, использование синтетических масел, как бы они не назывались, потребует от пользователя внимательности уже на этапе покупки. Синтетика нуждается в присадках, наличие которых «на глаз» определить очень сложно. Также у неё весьма спорные теплофизические свойства. Дельта между температурой верхнего слоя жидкости и чипов может достигать 40-45°C. То есть чипы могут реально «кипеть» на уровне 100°C, при этом поверхностный слой теплоносителя будет показывать вполне рабочие 60°C. Но поскольку в большинстве иммерсионных установок снимается именно верхний слой, использовать жидкость с такой температурой для, скажем, полезной утилизации тепла будет довольно проблематично.
Поэтому ПАОМы чаще рекомендуют для небольших домашних ферм, собранных «на коленке» и без претензий на использование каких-либо иных преимуществ иммерсионного охлаждения, кроме устранения шума и пыли. Схожая ситуация и с маслами типа HVI, которые являются базовыми изопарафиновыми или полусинтетическими маслами. У них, кстати, довольно низкая температура вспышки (135-170°C). Базовое масло обычно выступает основой для изготовления моторных, смазочных, гидравлических масел. Соответственно, их воздействие на электронное оборудование в долгосрочном периоде не изучено и есть большие сомнения, что оно нейтральное.
Также нет достоверных данных и о влиянии такого масла на человека при длительном контакте. Со временем оно мутнеет, быстро окисляется даже с присадками и имеет ограниченный срок службы. Хотя, повторимся, себестоимость его действительно одна из самых низких, а цена ограничивается лишь жадностью продавца.
Трансформаторное и моторное масло — «тихие убийцы»
Тем, кто желает дёшево и быстро войти в майнинг на иммерсионном охлаждении действительно можно порекомендовать трансформаторное масло. Однако используя его вы рискуете не дождаться не только прибыльности, но даже окупаемости проекта. Дело в том, что данные типы масел являются химически активными, то есть они вступают в агрессивную реакцию с компонентами компьютерного «железа».
Также трансформаторное и моторное масло активно поглощает влагу из воздуха, теряя свойства диэлектрика. И, наконец, самое главное. Такое масло не получится красиво выпить с ложечки в ролике для YouTube. Аллергия, отравление и тяжёлые последствия для организма гарантированы. Пары плохо очищенных нефтепродуктов (а трансформаторное масло является как раз таким продуктом) нельзя вдыхать на протяжении длительного времени. Если вы будете долго находится в области масляного тумана, то усталость, головокружение, головная боль и тошнота обеспечены.
При этом, как и любое минеральное масло, трансформаторное и моторное обладает некоторыми преимуществами. Да, оно тоже не проводит ток и стоит неприлично дёшево (1-2 USD/литр), но на этом, пожалуй, все достоинства такого типа масел заканчиваются. Хотя это и не является приговором всей обширной группе минеральных масел, о чём мы и поговорим ниже.
Минеральное масло высокой степени очистки — почти идеал
Значительная часть подготовленных минеральных масел, взять хотя бы вазелиновое, абсолютно безопасна для живых организмов и окружающей среды. Именно поэтому они используются в фармакологии, индустрии красоты и прочих сферах. Хотя основой выступает всё тот же нефтепродукт, только получивший очень высокую степень очистки и, при необходимости, присадки. Оно сравнительно недорогое, обладает оптимально подходящими для охлаждения электроники теплофизическими свойствами.
Фактически, именно белое минеральное масло стало «золотой серединой» среди аналогов. Одним из главных достоинств является то, что оно подходит как для домашних ферм, так и для крупных проектов. По сути, вы можете окунуть три свои асика и в подсолнечное рафинированное дезодорированное масло и гордо заявить, что собрали ферму на иммерсионном охлаждении. Это будет чистой правдой. Но организовать ферму мощностью 1 МВт на подобной базе не получится в силу ряда объективных причин, в том числе и связанных со свойствами теплоносителей-диэлектриков.
Недостатки у минерального масла тоже есть. Да, теоретически с течением времени оно тоже окисляется, напитывается влагой и может воспламениться (но только когда весь объём масла в ванной для иммерсионки, а это 160-180 литров, прогреется до температуры вспышки). Обычно к тому времени расплавятся и замрут сами чипы и устройства, прежде чем произойдёт возгорание. В качественных системах иммерсионного охлаждения это компенсируется использованием дорогих компонентов, проверенных комплектующих, подобранных на основе расчётов, а также грамотным проектированием системы отвода и перераспределения тепла, применением масел высокой степени очистки.
У минеральных масел высокой очистки подходящая температура вспышки (в пределах 220°C), вязкость, минимальный тангенс угла диэлектрических потерь. Перед погружением майнинг оборудование проходит лёгкую обработку, а сами устройства располагаются в частично герметичных ёмкостях без потери свойств. Убедиться в оптимальности характеристик качественной жидкости на основе минеральных масел высокой степени очистки для майнинга можно на примере теплоносителя BiXBiT Coolant. В компании, кстати, подчёркивают, что недостатки данного вида масла компенсируются технически грамотным решением на базе иммерсионного охлаждения, которое включает в себя подбор нужных насосов, теплообменников, иного оборудования.
Минеральные масла являются практически единственным рациональным решением для однофазных систем охлаждения с возможностью полезной утилизации выделяемого тепла. Температуры «на выходе» выше, чем, например, на «двухфазке», что позволяет эффективнее подогревать/догревать воду. А ещё это в несколько раз дешевле, чем построение аналогичной системы на двухфазном охлаждении, которую в компании BiXBiT тоже могут сделать по желанию заказчика. Но вы же помните стоимость одного литра Novec не так ли? А BiXBiT Coolant обойдётся всего в 4 USD/литр. Экономия начинается здесь, как говорится.
Таким образом, вопрос целесообразности применения того или иного теплоносителя зависит от стоящих перед вами задач. Если есть цель погрузить пару асиков в ёмкость-самоделку, это всегда можно сделать дешёво, ненадёжно и ненадолго. Если вы хотите просидеть на одних и тех же устройствах 15 лет и при это вам не нужна утилизация тепла, зато есть вагон денег — смело выбирайте фторуглеродные хладагенты. Но если ваш принцип — это рациональный подход к делу, желание масштабировать мощности и использовать качественные установки за адекватные деньги, то обращайтесь за комплексным решением от компании BiXBiT.
Иммерсионное масло необходимо для некоторых оптических микроскопов
В световой микроскопии используются объективы 
двух типов: иммерсионные и «сухие». Для работы с объективами первого типа требуется жидкость.
Иммерсионное масло предназначено для оптических микроскопов с большим коэффициентом увеличения (около 100 крат). Дело в том, что при большом увеличении исследуемый объект должен быть очень хорошо освещен, чтобы можно было рассмотреть все его мельчайшие детали, но между покровным стеклом и линзой объектива остается слой воздуха — отличающейся по своим физическим параметрам от стекла среды. В воздухе свет частично рассеивается, а частично преломляется и отражается так, что выходит за границы изображения, и картинка получается темной, ее трудно рассмотреть подробно. Для того, чтобы нивелировать эти отрицательные явления, между покровным стеклом и линзой помещают жидкость с характеристиками преломления, близкими к характеристикам стекла.
