Από την ψύξη με αέρα έως την υγρή ψύξη, η τεχνητή νοημοσύνη οδηγεί τη βιομηχανική καινοτομία
Ο βασικός λόγος για τις ηλεκτρονικές συσκευές να παράγουν θερμότητα είναι η διαδικασία μετατροπής της ενέργειας εργασίας σε θερμική ενέργεια. Η διάχυση θερμότητας έχει σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζει ζητήματα θερμικής διαχείρισης σε υπολογιστικές συσκευές υψηλής απόδοσης, βελτιστοποιώντας την απόδοση της συσκευής και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής αφαιρώντας απευθείας τη θερμότητα από την επιφάνεια των τσιπ ή των επεξεργαστών. Με την αύξηση της κατανάλωσης ισχύος τσιπ, η τεχνολογία απαγωγής θερμότητας έχει εξελιχθεί από τη γραμμική εξίσωση θερμοκρασίας των μονοδιάστατων σωλήνων θερμότητας στην επίπεδη εξίσωση θερμοκρασίας του δισδιάστατου VC, στην ολοκληρωμένη εξίσωση θερμοκρασίας της τρισδιάστατης διαδρομής τεχνολογίας VC και τέλος στην τεχνολογία υγρής ψύξης.
Το 3D VC έχει καλύτερα πλεονεκτήματα ψύξης, όπως "αποτελεσματική ψύξη, ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας και μειωμένα hotspot", τα οποία μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις περιορισμού της απαγωγής θερμότητας για συσκευές υψηλής ισχύος και εξισορρόπησης θερμοκρασίας σε περιοχές υψηλής πυκνότητας ροής θερμότητας. Μπορεί επίσης να εξασφαλίσει ισχυρότερη απόδοση overclocking και σταθερότητα συστήματος μετά το overclocking. Η θερμική αγωγιμότητα μεταξύ του σωλήνα θερμότητας/της πλάκας εξισορρόπησης είναι η μεταφορά θερμότητας σε πολλαπλούς συναρμολογημένους σωλήνες θερμότητας/πλάκες εξισορρόπησης, οι οποίες έχουν θερμική αντίσταση επαφής και τη θερμική αντίσταση του ίδιου του χαλκού. Και το 3D VC, μέσω της τρισδιάστατης συνδεσιμότητας δομής, υφίσταται εσωτερική μετάβαση υγρής φάσης και θερμική διάχυση, μεταφέροντας άμεσα και αποτελεσματικά τη θερμότητα του τσιπ στο απομακρυσμένο άκρο των δοντιών για απαγωγή θερμότητας.
Η τεχνολογία ψύξης περιλαμβάνει δύο τύπους: αερόψυξη και υγρή ψύξη. Στην αερόψυκτη τεχνολογία, η ικανότητα απαγωγής θερμότητας των σωλήνων θερμότητας και του VC είναι σχετικά χαμηλή. Το ανώτατο όριο της απαγωγής θερμότητας 3D VC μπορεί να επεκταθεί στα 1000 W και και τα δύο απαιτούν ανεμιστήρα για την απαγωγή θερμότητας. Η τεχνολογία είναι απλή, φθηνή και κατάλληλη για τις περισσότερες συσκευές. Η τεχνολογία υγρής ψύξης έχει υψηλότερη απόδοση ψύξης, συμπεριλαμβανομένων δύο τύπων: ψυχρής πλάκας και τύπου εμβάπτισης. Μεταξύ αυτών, η ψυχρή πλάκα είναι μια έμμεση μέθοδος ψύξης με μέτρια αρχική επένδυση, χαμηλότερο κόστος λειτουργίας και συντήρησης και σχετικά ώριμη. Η Nvidia GB200 NVL72 υιοθετεί μια λύση υγρής ψύξης ψυχρής πλάκας. Η ψύξη με εμβάπτιση είναι μια μέθοδος άμεσης ψύξης με υψηλές τεχνικές απαιτήσεις και υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης.
Η εκπαίδευση και η προώθηση μεγάλων μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης απαιτούν υψηλότερη υπολογιστική ισχύ από τσιπ και βελτιώνουν την κατανάλωση ενέργειας μεμονωμένων τσιπ. Η θερμοκρασία του τσιπ επηρεάζει την απόδοσή του. Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας του τσιπ είναι κοντά στον 70-80 βαθμό , για κάθε 2 μοίρες αύξηση της θερμοκρασίας, η απόδοση του τσιπ θα μειώνεται κατά περίπου 10%. Επομένως, η αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας ενός μεμονωμένου τσιπ αυξάνει περαιτέρω τη ζήτηση για απαγωγή θερμότητας. Επιπλέον, η Nvidia B200 έχει κατανάλωση ισχύος πάνω από 1000 W και είναι κοντά στο ανώτατο όριο αερόψυκτης ψύξης. Πολιτικές όπως "διπλός άνθρακας" και "Υπολογισμός Ανατολής Δύσης" απαιτούν αυστηρά PUE για κέντρα δεδομένων και ο μέσος όρος PUE για την υγρή ψύξη είναι χαμηλότερος από εκείνον για την ψύξη αέρα. Όσον αφορά το TCO, σε σύγκριση με την ψύξη με αέρα, το αρχικό κόστος επένδυσης της ψύξης με υγρή ψύξη ψυχρής πλάκας είναι κοντά σε αυτό της ψύξης με αέρα και το επακόλουθο κόστος λειτουργίας είναι χαμηλότερο.
Μονοφασικό υγρόψυκτο ντουλάπι εμβάπτισης: Είναι ένας υγρόψυκτος διακομιστής ενσωματωμένος στη δεξαμενή, με το CDU και τη δεξαμενή συνδεδεμένα με αγωγούς. Ο κάτω αγωγός μεταφέρει ψυκτικό μέσο χαμηλής θερμοκρασίας στη δεξαμενή και το υγρόψυκτο μέσο απορροφά τη θερμότητα από τον υγρόψυκτο διακομιστή. Αφού ανέβει η θερμοκρασία, ρέει πίσω στο CDU και η θερμότητα μεταφέρεται από το CDU. Αυτή η δομή μπορεί να επιτύχει πλήρη υγρή ψύξη του διακομιστή και η σχεδίαση χωρίς ανεμιστήρα έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και χαμηλότερο PUE σε σύγκριση με την ψύξη αέρα. Όμως η τεχνική δυσκολία είναι υψηλή και το ποσοστό διείσδυσης είναι σχετικά χαμηλό.
Βύθιση δύο φάσεων: Με υψηλές τεχνικές απαιτήσεις, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την πυκνότητα ισχύος του συστήματος. Λόγω της υψηλής ισχύος του κύριου τσιπ στον διακομιστή, η επιφάνεια του τσιπ πρέπει να υποβληθεί σε ενισχυμένη επεξεργασία βρασμού για να αυξηθεί ο πυρήνας αεριοποίησης στην επιφάνειά του, να ενισχυθεί η απόδοση μεταφοράς θερμότητας αλλαγής φάσης και να επιτευχθεί μέγιστη πυκνότητα απαγωγής θερμότητας άνω των 100 W/ γ ㎡.
Με γνώμονα την ανάπτυξη της υπολογιστικής ισχύος AI και της πολιτικής PUE, η τεχνολογία ψύξης πρέπει να αναβαθμίζεται συνεχώς για τον έλεγχο της θερμοκρασίας λειτουργίας των ηλεκτρονικών συσκευών. Η απαγωγή θερμότητας σε επίπεδο τσιπ θα μετατοπιστεί από σωλήνα θερμότητας/VC σε πιο αποτελεσματικές λύσεις ψύξης 3DVC και ψυχρής πλάκας, οδηγώντας σε συνεχή καινοτομία στην τεχνολογία ψύξης τσιπ.
