Object-oriented modeling and simulation of datacentre and HPC cooling

Overheating of electronic components is a problem only exacerbated by the constant trend in reducing devices dimensions and therefore increasing the energy density to be removed for the correct functioning of the overall system. By the same token, simulating cooling strategies is an efficient way to find the most effective approach to the problem; this is often done through the use of different simulation programs. In this thesis work, a possible approach to the simulation will be described, followed by the current state-of-art regarding both new generation cooling strategies and their simulation. Furthermore, a new software library written within the Modelica environment and focused on modeling and simulating fluid-based cooling systems will be proposed. The library capabilities will be explained, including its interaction with the compact transient thermal model software 3D-ICE, together with examples of simple processor-cooling module simulations. To conclude, an overview of possible developments will be given with respect to the proposed library possible use and its interaction with 3D-ICE.

Il surriscaldamento delle componenti elettroniche è un problema che viene solo esacerbato dalla tendenza costante nella riduzione delle dimensioni nei dispositivi e quindi dall’aumento della densità di energia che deve essere rimossa per il corretto funzionamento di tutto il sistema. Allo stesso tempo, la simulazione di strategie di raffreddamento è un’efficiente tecnica per trovare l’approccio più efficiacie al problema; spesso questo è realizzato attraverso l’uso di differenti programmi di simulazione. In questo lavoro di tesi, un possibile approccio alla simulazione verrà descritto, seguito dallo stato dell’arte per quello che riguarda sia le strategie di raffreddamento di nuova generazione sia la simulazione delle stesse. Di seguito verrà proposta una nuova libreria scritta in ambiente Modelica e incentrata sulla rappresentazione e simulazione di modelli per sistemi di raffreddamento a fluido. Le capacità della libreria verranno esposte, inclusa l’interazione della libreria con il software CTTM 3D-ICE, insieme ad esempi di semplci simulazioni del processore e del modulo di raffreddamento. In conclusione, verrà offerta una panoramica dei possibili sviluppi riguardo al possibile uso della libreria proposta e alla sua interazione con 3D-ICE.