Η επανάσταση της τεχνολογίας υγρής ψύξης στα κέντρα δεδομένων
Με την καινοτόμο ανάπτυξη τεχνολογιών όπως η τεχνητή νοημοσύνη, το cloud computing και τα μεγάλα δεδομένα, τα κέντρα δεδομένων και ο εξοπλισμός επικοινωνίας, ως υποδομή πληροφοριών, αναλαμβάνουν έναν αυξανόμενο όγκο υπολογισμών. Με την ταχεία αύξηση της υπολογιστικής ισχύος στα κέντρα δεδομένων, η πυκνότητα ισχύος των μεμονωμένων ντουλαπιών έχει αυξηθεί, γεγονός που δημιουργεί υψηλότερες απαιτήσεις στην απόδοση απαγωγής θερμότητας. Από την άλλη πλευρά, στο πλαίσιο της πολιτικής «διπλού άνθρακα», τα κέντρα δεδομένων, ως «μεγάλοι καταναλωτές ενέργειας», υποχρεούνται να μειώνουν συνεχώς τους δείκτες PUE τους προκειμένου να μειώσουν την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του συστήματος ψύξης. Ωστόσο, η παραδοσιακή ψύξη αέρα δεν μπορεί πλέον να ανταποκρίνεται στις παραπάνω απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας και έχει εμφανιστεί η τεχνολογία υγρής ψύξης.
Η κορυφαία GPU του κέντρου δεδομένων που ήταν διαθέσιμη στην αγορά πριν από 10 χρόνια ήταν η NVIDIA K40, με θερμική ισχύ σχεδιασμού (TDP) 235 W. Όταν η NVIDIA κυκλοφόρησε το A100 το 2020, το TDP ήταν κοντά στα 400W και με το τελευταίο τσιπ H100, το TDP εκτοξεύτηκε στα 700W. Η κατανάλωση ισχύος θερμικού σχεδιασμού ενός τσιπ AI υψηλής απόδοσης έχει φτάσει τα 1000 W. Είναι κατανοητό ότι η Intel αναπτύσσει ένα τσιπ που μπορεί να φτάσει τα 1,5 kW. Ο ανταγωνισμός στην τεχνητή νοημοσύνη καταλήγει τελικά στον ανταγωνισμό στην υπολογιστική ισχύ και ένα σημαντικό εμπόδιο για τα τσιπ υψηλού υπολογισμού είναι η ικανότητά τους να διαχέουν θερμότητα. Όταν το TDP του τσιπ υπερβαίνει τα 1000 W, πρέπει να υιοθετηθεί η τεχνολογία υγρής ψύξης.
Η τεχνολογία υγρής ψύξης μπορεί να λύσει αποτελεσματικά τα προβλήματα ανάπτυξης υψηλής πυκνότητας και τοπικής υπερθέρμανσης σε χώρους υπολογιστών, μεταξύ των οποίων η υγρή ψύξη με εμβάπτιση έχει εξαιρετικά πλεονεκτήματα στην απαγωγή θερμότητας και στην εξοικονόμηση ενέργειας. Η υγρή ψύξη με εμβάπτιση είναι μια τυπική μέθοδος ψύξης υγρού άμεσης επαφής, στην οποία οι ηλεκτρονικές συσκευές βυθίζονται σε ένα ψυκτικό υγρό και η παραγόμενη θερμότητα μεταφέρεται απευθείας στο ψυκτικό υγρό και διεξάγεται μέσω της κυκλοφορίας του υγρού. Η υγρή ψύξη εμβάπτισης μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους: μονοφασική υγρή ψύξη εμβάπτισης και υγρή ψύξη με εμβάπτιση αλλαγής φάσης, ανάλογα με το αν το ψυκτικό υγρό που χρησιμοποιείται θα υποστεί αλλαγή κατάστασης κατά την ψύξη των ηλεκτρονικών συσκευών. Το πλεονέκτημα της μονοφασικής είναι ότι το κόστος εγκατάστασης και το κόστος του μέσου ψύξης είναι χαμηλότερα και δεν υπάρχει κίνδυνος υπερχείλισης ψυκτικού. Το πλεονέκτημα της αλλαγής φάσης έγκειται στην υψηλότερη ικανότητα απαγωγής θερμότητας και στο όριο, αλλά εξακολουθεί να υστερεί σε σχέση με τη μονοφασική όσον αφορά το κόστος και την τεχνολογική ωριμότητα.
Η μονοφασική ψύξη εμβάπτισης παρέχει μια συναρπαστική λύση για κέντρα δεδομένων που αναζητούν αποτελεσματική και αξιόπιστη θερμική διαχείριση. Σε αυτή τη μέθοδο, τα εξαρτήματα πληροφορικής βυθίζονται πλήρως σε ένα ειδικά διαμορφωμένο μονωτικό υγρό. Αυτό το υγρό απορροφά απευθείας τη θερμότητα από τον διακομιστή, παρόμοια με την ψύξη με εμβάπτιση δύο φάσεων. Σε αντίθεση με τα διφασικά συστήματα, το μονοφασικό ψυκτικό δεν βράζει ούτε υφίσταται μεταβάσεις φάσης. Παραμένει υγρό σε όλη τη διαδικασία ψύξης. Το θερμαινόμενο μονωτικό υγρό κυκλοφορεί μέσω του εναλλάκτη θερμότητας μέσα στη μονάδα διανομής ψύξης (CDU). Αυτός ο εναλλάκτης θερμότητας μεταφέρει θερμική ενέργεια σε ένα ανεξάρτητο ψυκτικό μέσο, συνήθως ένα σύστημα νερού κλειστού βρόχου. Το ψυχθέν μονωτικό υγρό στη συνέχεια αντλείται πίσω στη δεξαμενή εμβάπτισης για να ολοκληρωθεί ο κύκλος ψύξης.
Σε ένα διφασικό σύστημα ψύξης με εμβάπτιση, τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα βυθίζονται σε ένα μονωμένο θερμοαγώγιμο υγρό λουτρό, το οποίο έχει πολύ καλύτερη θερμική αγωγιμότητα από τον αέρα, το νερό ή το λάδι. Η διαφορά μεταξύ της υγρής ψύξης με εμβάπτιση δύο φάσεων είναι ότι το ψυκτικό υγρό υφίσταται μια μετάβαση φάσης. Η διαδρομή μεταφοράς θερμότητας της διφασικής υγρής ψύξης εμβάπτισης είναι βασικά η ίδια με αυτή της μονοφασικής υγρής ψύξης εμβάπτισης, με τη βασική διαφορά ότι το δευτερεύον πλευρικό ψυκτικό κυκλοφορεί μόνο στην εσωτερική περιοχή του θαλάμου εμβάπτισης, με την κορυφή του ο θάλαμος εμβάπτισης είναι η αέρια ζώνη και ο πυθμένας είναι η ζώνη υγρού. Ο εξοπλισμός πληροφορικής είναι πλήρως βυθισμένος σε ένα υγρό ψυκτικό χαμηλού σημείου βρασμού, το οποίο απορροφά τη θερμότητα από τον εξοπλισμό και βράζει. Το αέριο ψυκτικό υψηλής θερμοκρασίας που παράγεται από την εξάτμιση, λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, συγκεντρώνεται σταδιακά στην κορυφή του θαλάμου εμβάπτισης και ανταλλάσσει θερμότητα με τον συμπυκνωτή που είναι εγκατεστημένος στην κορυφή, συμπυκνώνοντας σε ένα υγρό ψυκτικό χαμηλής θερμοκρασίας. Στη συνέχεια ρέει πίσω στο κάτω μέρος του θαλάμου υπό τη δράση της βαρύτητας, επιτυγχάνοντας απαγωγή θερμότητας για τον εξοπλισμό πληροφορικής.
Στη διαδικασία της καινοτόμου ανάπτυξης της τεχνολογίας απαγωγής θερμότητας, είτε πρόκειται για τσιπ είτε για ηλεκτρονικές συσκευές, ο όγκος, το κόστος σχεδίασης, η αξιοπιστία και άλλες πτυχές των προϊόντων είναι κατώφλια που οι επιχειρήσεις δεν μπορούν να αποφύγουν. Αυτά είναι επίσης προβλήματα που πρέπει να εξισορροπήσει και να επιλύσει η τεχνολογία απαγωγής θερμότητας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές τεχνολογίες συνδυασμού για την ανάπτυξη προϊόντων για διάφορα υλικά απαγωγής θερμότητας, τεχνολογίες και σενάρια εφαρμογής, προκειμένου να βρεθεί η βέλτιστη λύση για το τρέχον πρότυπο.
