Χαλκός ή Αλουμίνιο, που είναι καλύτερο για υγρό ψυκτικό διάλυμα
Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης, ειδικά σε τομείς όπως η βαθιά μάθηση και τα μοντέλα γλωσσών μεγάλης κλίμακας, η ζήτηση για υπολογιστική ισχύ έχει αυξηθεί σημαντικά. Τα σημερινά μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, όπως το GPT-4o, έχουν δεκάδες ή και δισεκατομμύρια παραμέτρους και απαιτούν τεράστιους υπολογιστικούς πόρους για εκπαίδευση. Η εκπαίδευση αυτών των μοντέλων απαιτεί μεγάλο αριθμό συμπλεγμάτων GPU ή TPU, τα οποία παράγουν σημαντική ποσότητα θερμότητας όταν λειτουργούν με πλήρες φορτίο. Επιπλέον, για να παρέχεται απόκριση σε πραγματικό χρόνο σε εφαρμογές, πολλά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης απαιτούν συνεχή λειτουργία. Αυτά τα συστήματα αναπτύσσονται συνήθως στο κέντρο δεδομένων ή σε συσκευές υπολογιστών άκρων, οι οποίες αντιμετωπίζουν επίσης υψηλή κατανάλωση ενέργειας και προκλήσεις ψύξης.
Με την πρόοδο της τεχνολογίας τσιπ και την ταχεία ανάπτυξη της υπολογιστικής ισχύος των διακομιστών, η κατασκευή μεγάλων κέντρων δεδομένων υψηλής πυκνότητας και υψηλής κατανάλωσης ενέργειας έχει καταστεί απαραίτητη επιλογή για την εξισορρόπηση της υπολογιστικής ισχύος και των περιβαλλοντικών κανονισμών. Το σύστημα ψύξης είναι μια από τις σημαντικές υποδομές στα κέντρα δεδομένων. Στη λειτουργία του κέντρου δεδομένων υψηλής πυκνότητας, η παραδοσιακή ψύξη αέρα αντιμετωπίζει προβλήματα ανεπαρκούς απαγωγής θερμότητας και σοβαρής κατανάλωσης ενέργειας. Η τεχνολογία υγρής ψύξης έχει γίνει η βέλτιστη λύση για τη μείωση του PUE στα κέντρα δεδομένων, με περισσότερα οικονομικά πλεονεκτήματα στα 15 kW/ντουλάπι και άνω.
Η τεχνολογία υγρής πλάκας ψύξης είναι μια θερμική λύση που μεταφέρει έμμεσα τη θερμότητα των εξαρτημάτων σε ένα ψυκτικό υγρό που περικλείεται σε έναν κυκλοφορούντα αγωγό μέσω μιας ψυχρής πλάκας (μια κλειστή κοιλότητα που αποτελείται από μέταλλα υψηλής θερμικής αγωγιμότητας όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο) και στη συνέχεια χρησιμοποιεί την ψύξη υγρό για να απομακρύνει τη θερμότητα.
Το Liquid Cold plate είναι η παλαιότερη μέθοδος υγρής ψύξης που υιοθετήθηκε, με υψηλή ωριμότητα και σχετικά χαμηλή τιμή. Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα, η υγρή ψύξη ψυχρής πλάκας αντιπροσωπεύει το 90% του μεριδίου αγοράς στην Κίνα. Η υγρή ψύξη ψυχρής πλάκας επιτυγχάνεται με τη σφιχτή στερέωση της ψυχρής πλάκας στο θερμαντικό στοιχείο, μεταφέροντας τη θερμότητα από το στοιχείο θέρμανσης στο ψυκτικό υγρό στην ψυχρή πλάκα. Είναι απλό, τραχύ, αλλά αποτελεσματικό. Το ποσοστό διείσδυσης της τεχνολογίας υγρής ψύξης στα κέντρα δεδομένων αναμένεται να είναι περίπου 5% έως 8% το 2022, με την ψύξη με αέρα να εξακολουθεί να κατέχει πάνω από το 90% του μεριδίου αγοράς.
Η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού είναι περίπου 400 W/mK και η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι περίπου 235 W/mK. Η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του αλουμινίου. Επομένως, οι ψυχρές πλάκες χαλκού μπορούν θεωρητικά να μεταφέρουν τη θερμότητα που παράγεται από τους διακομιστές πιο γρήγορα στο ψυκτικό υγρό, επιτυγχάνοντας έτσι πιο αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας. Αν και η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου δεν είναι τόσο καλή όσο ο χαλκός, η θερμική του αγωγιμότητα είναι σχετικά υψηλή, η οποία είναι επαρκής για να καλύψει τις ανάγκες απαγωγής θερμότητας των περισσότερων διακομιστών που ψύχονται με υγρό.
Η πυκνότητα του χαλκού είναι σχετικά υψηλή, περίπου 8,96 g/cm³, γεγονός που καθιστά την ψυχρή πλάκα χαλκού σχετικά βαριά. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει ορισμένες προκλήσεις στον δομικό σχεδιασμό και την εγκατάσταση του διακομιστή. Το αλουμίνιο έχει χαμηλότερη πυκνότητα περίπου 2,70 g/cm ³, η οποία είναι πολύ ελαφρύτερη από τον χαλκό, επομένως οι ψυχρές πλάκες αλουμινίου έχουν σημαντικό πλεονέκτημα σε βάρος. Η χαμηλή πυκνότητα αλουμινίου κάνει τις ψυχρές πλάκες αλουμινίου ελαφρύτερες. Αυτό δεν είναι μόνο ευεργετικό για τη μείωση του συνολικού βάρους του διακομιστή, αλλά μπορεί επίσης να βελτιώσει τη δομική αντοχή του διακομιστή σε κάποιο βαθμό. Επιπλέον, το υλικό αλουμινίου είναι ελαφρύτερο, γεγονός που είναι ευεργετικό για τη μείωση του συνολικού βάρους των διακομιστών και τη μείωση του κόστους μεταφοράς και εγκατάστασης.
Οι ψυχρές πλάκες χαλκού και αλουμινίου έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα στη χρήση διακομιστών που ψύχονται με υγρό. Σε περιπτώσεις όπου οι θερμικές απαιτήσεις είναι υψηλές και το κόστος δεν είναι το κύριο μέλημα, οι ψυχρές πλάκες χαλκού μπορεί να είναι πιο κατάλληλες. Στην επιδίωξη της οικονομικής απόδοσης και του ελαφρού βάρους, οι ψυχρές πλάκες αλουμινίου μπορεί να έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα. Η συγκεκριμένη επιλογή πρέπει να εξεταστεί πλήρως με βάση τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς του συγκεκριμένου σεναρίου εφαρμογής. Εάν μπορούμε να κατανοήσουμε λεπτομερώς τις συγκεκριμένες καταστάσεις όπως το θερμικό φορτίο, ο προϋπολογισμός, οι περιορισμοί βάρους κ.λπ. στο σενάριο εφαρμογής, μπορεί να μας βοηθήσει να κάνουμε πιο ακριβείς επιλογές.
