От воздушного охлаждения до жидкостного охлаждения — искусственный интеллект стимулирует промышленные инновации

Основной причиной выработки тепла электронными устройствами является процесс преобразования рабочей энергии в тепловую. Рассеивание тепла предназначено для решения проблем управления температурным режимом в высокопроизводительных вычислительных устройствах, оптимизации производительности устройств и продления срока службы за счет непосредственного отвода тепла с поверхности чипов или процессоров. С увеличением энергопотребления чипа технология рассеивания тепла превратилась из линейного выравнивания температуры одномерных тепловых трубок в плоское выравнивание температуры двумерного VC, к интегрированному выравниванию температуры в трехмерном технологическом пути VC и, наконец, технологии жидкостного охлаждения.

3D VC обладает лучшими преимуществами охлаждения, такими как «эффективное охлаждение, равномерное распределение температуры и уменьшение количества горячих точек», что может удовлетворить узкие требования к рассеиванию тепла для мощных устройств и выравниванию температуры в областях с высокой плотностью теплового потока. Это также может обеспечить более высокую производительность разгона и стабильность системы после разгона. Теплопроводность между тепловой трубкой/выравнивающей пластиной предназначена для передачи тепла нескольким собранным тепловым трубкам/выравнивающим пластинам, которые имеют контактное термическое сопротивление и термическое сопротивление самой меди; А 3D VC, благодаря соединению трехмерных структур, претерпевает внутренний фазовый переход жидкости и термодиффузию, напрямую и эффективно передавая тепло стружки на дистальный конец зубов для рассеивания тепла.

Технология охлаждения включает два типа: воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение. В технологии воздушного охлаждения способность теплоотвода тепловых трубок и VC относительно невелика. Верхний предел тепловыделения 3D VC можно увеличить до 1000 Вт, и для отвода тепла в обоих случаях требуется вентилятор. Технология проста, недорога и подходит для большинства устройств. Технология жидкостного охлаждения имеет более высокую эффективность охлаждения, включая два типа: холодную пластину и погружной тип. Среди них холодная пластина представляет собой метод непрямого охлаждения с умеренными первоначальными инвестициями, более низкими затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание и относительно зрелым. Nvidia GB200 NVL72 использует жидкостное охлаждение с холодной пластиной; Иммерсионное охлаждение — это метод прямого охлаждения, предъявляющий высокие технические требования и высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Обучение и продвижение крупных моделей искусственного интеллекта требуют более высокой вычислительной мощности чипов и повышения энергопотребления отдельных чипов. Температура чипа влияет на его производительность. Когда рабочая температура чипа близка к 70-80 градусов, на каждые 2 градуса повышения температуры производительность чипа снижается примерно на 10 %. Следовательно, увеличение энергопотребления одного чипа еще больше увеличивает потребность в рассеивании тепла. Кроме того, Nvidia B200 имеет потребляемую мощность более 1000 Вт и близка к верхнему пределу системы охлаждения с воздушным охлаждением; Такие политики, как «двойной углерод» и «Расчет Восток-Запад», строго требуют PUE для центров обработки данных, а средний PUE для жидкостного охлаждения ниже, чем для воздушного охлаждения; С точки зрения совокупной стоимости владения, по сравнению с воздушным охлаждением, первоначальные инвестиционные затраты на жидкостное охлаждение с холодной пластиной близки к стоимости воздушного охлаждения, а последующие эксплуатационные расходы ниже.

Однофазный шкаф с погружным жидкостным охлаждением: это сервер с жидкостным охлаждением, встроенный в резервуар, при этом CDU и резервуар соединены трубопроводами. Нижний трубопровод транспортирует низкотемпературную охлаждающую среду в резервуар, а среда с жидкостным охлаждением поглощает тепло от сервера с жидкостным охлаждением. После повышения температуры оно возвращается обратно в CDU, а тепло уносится CDU. Эта структура позволяет обеспечить полное жидкостное охлаждение сервера, а безвентиляторная конструкция обеспечивает более высокую плотность мощности и более низкий PUE по сравнению с воздушным охлаждением. Однако техническая сложность высока, а уровень проникновения относительно низок.

Двухфазное погружение: при высоких технических требованиях можно значительно увеличить удельную мощность системы. Из-за высокой мощности основного чипа сервера поверхность чипа должна пройти усиленную обработку кипячением, чтобы увеличить ядро ​​газификации на его поверхности, повысить эффективность теплопередачи с фазовым переходом и достичь максимальной плотности рассеивания тепла более 100 Вт/ в ㎡.

Благодаря развитию вычислительной мощности искусственного интеллекта и политике PUE, технологии охлаждения необходимо постоянно совершенствовать, чтобы контролировать рабочую температуру электронных устройств. Рассеяние тепла на уровне чипа изменится с тепловых трубок/VC на более эффективные решения для охлаждения 3DVC и холодных пластин, что будет способствовать постоянным инновациям в технологии охлаждения чипов.