Ανάλυση τεχνολογίας υγρής ψύξης και απαγωγής θερμότητας σε κέντρα δεδομένων AI
Το Generative AI και διάφορα μεγάλα μοντέλα μας φέρνουν μια ολοκαίνουργια εμπειρία εφαρμογών και επίσης δημιουργούν υψηλότερες απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ. Για τους διαχειριστές λειτουργίας κέντρων δεδομένων, λόγω της σημαντικής αύξησης της πυκνότητας ισχύος των διακομιστών GPU, τίθενται υψηλότερες απαιτήσεις στον εξοπλισμό ψύξης και την τεχνολογία των κέντρων δεδομένων. Ως εκ τούτου, εκτός από την εστίαση στην ίδια την υπολογιστική ισχύ, δίνουν επίσης μεγαλύτερη προσοχή στα διάφορα ζητήματα που προκαλούνται από την κατανάλωση ενέργειας και την ψύξη του κέντρου δεδομένων.
Λόγω της μεγάλης ζήτησης για υπολογιστική ισχύ τεχνητής νοημοσύνης, ο αριθμός των διακομιστών GPU στα κέντρα δεδομένων έχει αυξηθεί σημαντικά, οδηγώντας σε όλο και πιο εμφανή ζητήματα κατανάλωσης ενέργειας. Γνωρίζουμε ότι η μέγιστη συνολική ισχύς ενός αερόψυκτου ενιαίου θαλάμου στα κέντρα δεδομένων είναι 15 kW. Με το ίδιο rack up rate, η αύξηση της ισχύος που φέρνουν οι διακομιστές GPU έχει πλησιάσει το όριο του single cabinet. Ωστόσο, η κατανάλωση ενέργειας των GPU εξακολουθεί να αυξάνεται συνεχώς. Εν όψει της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και των σεναρίων υψηλής πυκνότητας, η παραδοσιακή ψύξη αέρα είναι σαφώς ανίκανη να καλύψει τις ανάγκες κατανάλωσης ενέργειας και απαγωγής θερμότητας. Η τεχνολογία υγρής ψύξης, με την εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή απόδοση και την εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα θερμότητας, έχει γίνει απαραίτητη επιλογή για λύσεις ελέγχου θερμοκρασίας σε ευφυή υπολογιστικά κέντρα.
Στα παραδοσιακά κέντρα δεδομένων με αερόψυξη, η κατανάλωση ενέργειας για την ψύξη του εξοπλισμού και την απαγωγή θερμότητας φτάνει το 40%, και η απόδοση απαγωγής θερμότητας δεν είναι υψηλή. Λόγω των περιορισμών της, η συμβατική ψύξη αέρα στα κέντρα δεδομένων σχεδιάζεται γενικά με μια ενιαία πυκνότητα ντουλαπιού 8-10kW. Λόγω της θερμικής αγωγιμότητας της τεχνολογίας υγρής ψύξης που είναι 25 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του αέρα και μεταφέρει σχεδόν 3000 φορές περισσότερη θερμότητα από τον ίδιο όγκο αέρα, μπορεί εύκολα να επιτύχει μια ενιαία πυκνότητα ντουλαπιού άνω των 30 kW. Επομένως, μπορεί να εξοικονομήσει πολύ χώρο, να βελτιώσει περαιτέρω την πυκνότητα ανάπτυξης των ντουλαπιών σε ένα ενιαίο κέντρο δεδομένων και να βελτιώσει το ποσοστό χρήσης της περιοχής μονάδας κέντρου δεδομένων.
Ωστόσο, δεν υπάρχει επί του παρόντος ενοποιημένο πρότυπο τεχνολογίας και κατασκευής στη βιομηχανία υγρής ψύξης και σε σύγκριση με την παραδοσιακή ψύξη με αέρα, το κόστος κατασκευής των κέντρων δεδομένων υγρής ψύξης εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλό. Η ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας υγρής ψύξης και η έλλειψη ενιαίας τεχνολογίας και κατασκευαστικών προτύπων έχουν φέρει σημαντικές προκλήσεις στη μετέπειτα διαχείριση και συντήρηση.
Επί του παρόντος, οι κύριες τεχνολογίες υγρής ψύξης περιλαμβάνουν τεχνολογία έμμεσης υγρής ψύξης που αντιπροσωπεύεται από σύστημα ψύξης υγρού ψυχρής πλάκας και τεχνολογία άμεσης ψύξης υγρού που αντιπροσωπεύεται από σύστημα ψύξης υγρού εμβάπτισης. Λόγω των διαφορών στον σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας μεταξύ των δύο, υπάρχουν επίσης σημαντικές διαφορές στην απόδοση απαγωγής θερμότητας.
Η τεχνολογία έμμεσης απαγωγής θερμότητας επιτυγχάνεται με την επαφή των επιφανειών των CPU, της μνήμης, των GPU, των σκληρών δίσκων και άλλων μέσων, όπως οι ψυχρές πλάκες, χρησιμοποιώντας τη ροή του ψυκτικού για τη μεταφορά θερμότητας. Εκτός από τις ψυχρές πλάκες και άλλα μέσα, η τεχνολογία έμμεσης υγρής ψύξης περιλαμβάνει επίσης εξαρτήματα όπως εναλλάκτες θερμότητας, αγωγούς, αντλίες, ψυκτικό υγρό και συστήματα ελέγχου. Το σύστημα ψύξης υγρού ψυχρής πλάκας έχει γίνει η κύρια λύση για την τεχνολογία έμμεσης υγρής ψύξης. Τα κύρια πλεονεκτήματα της τεχνολογίας έμμεσης υγρής ψύξης είναι ότι δεν απαιτεί αλλαγή της μορφής των υπαρχόντων διακομιστών, έχει χαμηλή τεχνική δυσκολία σχεδιασμού, σχετικά χαμηλή δυσκολία ανάπτυξης και σχετικά χαμηλή δυσκολία στη μετέπειτα λειτουργία και διαχείριση συντήρησης. Επιπλέον, λόγω της χρήσης υδατικού διαλύματος αιθυλενογλυκόλης ως ψυκτικού μέσου, το κόστος είναι χαμηλότερο.
Το μειονέκτημα είναι ότι η απόδοση απαγωγής θερμότητας είναι σχετικά χαμηλή και λόγω του μεγάλου αριθμού εξαρτημάτων, το ποσοστό αστοχίας είναι σχετικά υψηλότερο. Προς το παρόν, το σύστημα ψύξης υγρού ψυχρής πλάκας έχει γίνει η προτιμώμενη λύση για τα περισσότερα κέντρα δεδομένων.
Η τεχνολογία άμεσης ψύξης υγρού αναφέρεται στην άμεση επαφή μεταξύ της CPU, της GPU, της μητρικής πλακέτας, της μνήμης κ.λπ., και του ψυκτικού, το οποίο ρέει απευθείας μέσω της επιφάνειας του υλικού για να απορροφήσει και να αφαιρέσει τη θερμότητα. Επί του παρόντος, η τεχνολογία άμεσης ψύξης με υγρό περιλαμβάνει συστήματα ψύξης υγρού εμβάπτισης και συστήματα ψύξης με υγρό ψεκασμού. Ανάλογα με το αν το ψυκτικό μέσο υφίσταται αλλαγή φάσης, μπορεί να χωριστεί σε μονοφασική εμβάπτιση και βύθιση αλλαγής φάσης.
Σε σύγκριση με την τεχνολογία έμμεσης απαγωγής θερμότητας, η τεχνολογία άμεσης ψύξης υγρού δεν έχει ενδιάμεσο αγώγιμο μέσο μεταξύ του υγρού και της πηγής θερμότητας και η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί πιο άμεσα στο υγρό, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση απαγωγής θερμότητας. Ωστόσο, η τεχνολογία άμεσης ψύξης υγρού είναι πιο δύσκολη και δαπανηρή στην ανάπτυξη λόγω της ανάγκης επανασχεδιασμού και μετασχηματισμού ολόκληρου του κέντρου δεδομένων. Επί του παρόντος, η τεχνολογία άμεσης ψύξης υγρού χρησιμοποιείται κυρίως σε σενάρια που απαιτούν υψηλή απόδοση απαγωγής θερμότητας.
Προς το παρόν, καθώς το σύστημα ψύξης υγρού ψυχρής πλάκας γίνεται πιο ώριμο, θα γίνει η κύρια τεχνολογία υγρής ψύξης που θα εισέρχεται πρώτα στα κέντρα δεδομένων. Το κόστος, η λειτουργία και η συντήρηση, η ασφάλεια και άλλα θέματα που επηρεάζουν τη διάδοση της τεχνολογίας υγρής ψύξης ψυχρής πλάκας θα λυθούν επίσης με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και την τυποποίηση.
Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας, τα συστήματα βυθισμένης ψύξης υγρού θα χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε νέα κέντρα δεδομένων υψηλής πυκνότητας, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση απαγωγής θερμότητας των κέντρων δεδομένων και βελτιώνοντας σημαντικά τα επίπεδα υπολογιστικής ισχύος.
