Анализ технологий жидкостного охлаждения и отвода тепла в центрах обработки данных с искусственным интеллектом
Генеративный искусственный интеллект и различные крупные модели открывают нам совершенно новые возможности применения, а также предъявляют более высокие требования к вычислительной мощности. Для менеджеров по эксплуатации дата-центров из-за значительного увеличения удельной мощности GPU-серверов предъявляются более высокие требования к холодильному оборудованию и технологиям дата-центров. Поэтому, помимо сосредоточения внимания на самой вычислительной мощности, они также уделяют больше внимания различным проблемам, связанным с энергопотреблением и охлаждением центров обработки данных.
В связи с высоким спросом на вычислительную мощность ИИ количество серверов с графическим процессором в центрах обработки данных значительно увеличилось, что привело к все более заметным проблемам с энергопотреблением. Мы знаем, что максимальная общая мощность одного шкафа с воздушным охлаждением в центрах обработки данных составляет 15 кВт. При той же скорости наращивания рост мощности, обеспечиваемый серверами с графическим процессором, приблизился к пределу одного шкафа. Однако энергопотребление графических процессоров по-прежнему постоянно растет. В условиях высокого энергопотребления и высокой плотности традиционное воздушное охлаждение явно неспособно удовлетворить потребности в энергопотреблении и рассеивании тепла. Технология жидкостного охлаждения, обладающая сверхвысокой энергоэффективностью и сверхвысокой плотностью тепла, стала необходимой опцией для решений по контролю температуры в интеллектуальных вычислительных центрах.
В традиционных центрах обработки данных с воздушным охлаждением потребление энергии на охлаждение оборудования и отвод тепла достигает 40%, а эффективность отвода тепла невысока. Из-за своих ограничений обычное воздушное охлаждение в центрах обработки данных обычно проектируется с плотностью одного шкафа 8-10кВт. Благодаря тому, что теплопроводность технологии жидкостного охлаждения в 25 раз превышает теплопроводность воздуха и переносит почти в 3000 раз больше тепла, чем тот же объем воздуха, можно легко достичь плотности одного шкафа более 30 кВт. Таким образом, это может сэкономить много места, еще больше повысить плотность размещения шкафов в одном центре обработки данных и повысить коэффициент использования площади блока центра обработки данных.
Однако в настоящее время в отрасли жидкостного охлаждения не существует единого стандарта технологии и строительства, а по сравнению с традиционным воздушным охлаждением стоимость строительства центров обработки данных с жидкостным охлаждением все еще слишком высока. Быстрое развитие технологий жидкостного охлаждения и отсутствие единых технологий и стандартов строительства создали серьезные проблемы для последующего управления и обслуживания.
В настоящее время основные технологии жидкостного охлаждения включают технологию непрямого жидкостного охлаждения, представленную системой жидкостного охлаждения с холодной пластиной, и технологию прямого жидкостного охлаждения, представленную системой погружного жидкостного охлаждения. Из-за различий в конструкции рассеивания тепла между ними также существуют значительные различия в эффективности рассеивания тепла.
Технология непрямого отвода тепла достигается путем контакта с поверхностями процессоров, памяти, графических процессоров, жестких дисков и других носителей, таких как охлаждающие пластины, с использованием потока охлаждающей жидкости для отвода тепла. Помимо охлаждающих пластин и других сред, технология непрямого жидкостного охлаждения также включает в себя такие компоненты, как теплообменники, трубопроводы, насосы, охлаждающую жидкость и системы управления. Система жидкостного охлаждения с холодной пластиной стала основным решением для технологии непрямого жидкостного охлаждения. Основные преимущества технологии непрямого жидкостного охлаждения заключаются в том, что она не требует изменения формы существующих серверов, имеет низкую техническую сложность проектирования, относительно низкую сложность развертывания и относительно низкую сложность в последующей эксплуатации и управлении техническим обслуживанием. Кроме того, за счет использования водного раствора этиленгликоля в качестве охлаждающей среды стоимость снижается.
Недостатком является то, что эффективность рассеивания тепла относительно низкая, а из-за большого количества компонентов частота отказов относительно выше. В настоящее время система жидкостного охлаждения с холодной пластиной стала предпочтительным решением для большинства центров обработки данных.
Технология прямого жидкостного охлаждения подразумевает прямой контакт между процессором, графическим процессором, материнской платой, памятью и т. д. и охлаждающей жидкостью, которая непосредственно течет через поверхность оборудования, поглощая и отводя тепло. В настоящее время технология прямого жидкостного охлаждения включает системы погружного жидкостного охлаждения и системы распыления жидкостного охлаждения. В зависимости от того, претерпевает ли охлаждающая среда фазовый переход, ее можно разделить на однофазное погружение и погружение с фазовым переходом.
По сравнению с технологией непрямого отвода тепла, технология прямого жидкостного охлаждения не имеет промежуточной проводящей среды между жидкостью и источником тепла, и тепло может передаваться более непосредственно жидкости, что приводит к более высокой эффективности рассеивания тепла. Однако технологию прямого жидкостного охлаждения сложнее и дороже внедрить из-за необходимости перепроектирования и преобразования всего центра обработки данных. В настоящее время технология прямого жидкостного охлаждения в основном используется в сценариях, требующих высокой эффективности рассеивания тепла.
В настоящее время, по мере того как система жидкостного охлаждения с холодной пластиной становится более зрелой, она станет основной технологией жидкостного охлаждения, которая в первую очередь появится в центрах обработки данных. Стоимость, эксплуатация и техническое обслуживание, безопасность и другие вопросы, влияющие на популяризацию технологии жидкостного охлаждения с холодными пластинами, также будут решены с развитием технологии и стандартизацией.
Благодаря постоянному развитию технологий системы погружного жидкостного охлаждения также будут широко использоваться в новых центрах обработки данных с высокой плотностью размещения, что еще больше повысит эффективность рассеивания тепла в центрах обработки данных и значительно повысит уровень вычислительной мощности.
