Революция в технологии жидкостного охлаждения в центрах обработки данных
Благодаря инновационному развитию таких технологий, как искусственный интеллект, облачные вычисления и большие данные, центры обработки данных и коммуникационное оборудование, как информационная инфраструктура, берут на себя все больший объем вычислений. С быстрым ростом вычислительной мощности в центрах обработки данных увеличилась удельная мощность отдельных шкафов, что предъявляет более высокие требования к эффективности рассеивания тепла. С другой стороны, в рамках политики «двойного углерода» дата-центры, как «основные потребители энергии», обязаны постоянно снижать показатели PUE, чтобы снизить потребление электроэнергии холодильной системой. Однако традиционное воздушное охлаждение больше не может соответствовать вышеуказанным требованиям по рассеиванию тепла, и появилась технология жидкостного охлаждения.
Лучшим графическим процессором для центров обработки данных, доступным на рынке 10 лет назад, был NVIDIA K40 с расчетной тепловой мощностью (TDP) 235 Вт. Когда NVIDIA выпустила A100 в 2020 году, TDP был близок к 400 Вт, а с новейшим чипом H100 TDP взлетел до 700 Вт. Расчетное тепловое энергопотребление одного высокопроизводительного AI-чипа достигло 1000 Вт. Понятно, что Intel разрабатывает чип, мощность которого может достигать 1,5 кВт. Конкуренция в области искусственного интеллекта в конечном итоге сводится к конкуренции в вычислительной мощности, а основным узким местом для высокопроизводительных вычислительных чипов является их способность рассеивать тепло. Когда TDP чипа превышает 1000 Вт, необходимо использовать технологию жидкостного охлаждения.
Технология жидкостного охлаждения может эффективно решить проблемы высокой плотности размещения и локального перегрева в компьютерных залах, среди которых иммерсионное жидкостное охлаждение имеет выдающиеся преимущества в рассеивании тепла и энергосбережении. Иммерсионное жидкостное охлаждение — это типичный метод жидкостного охлаждения с прямым контактом, при котором электронные устройства погружаются в охлаждающую жидкость, а выделяемое тепло передается непосредственно охлаждающей жидкости и проводится посредством циркуляции жидкости. Охлаждение погружной жидкостью можно разделить на два типа: однофазное погружное жидкостное охлаждение и погружное жидкостное охлаждение с фазовым переходом, в зависимости от того, будет ли используемая охлаждающая жидкость претерпевать изменение состояния во время охлаждения электронных устройств. Преимущество однофазного варианта заключается в том, что стоимость развертывания и стоимость охлаждающей среды ниже, а также отсутствует риск перелива охлаждающей жидкости; Преимущество фазового перехода заключается в его более высокой мощности и пределе рассеивания тепла, но он все еще отстает от однофазного с точки зрения стоимости и технологической зрелости.
Однофазное погружное охлаждение представляет собой привлекательное решение для центров обработки данных, которым требуется эффективное и надежное управление температурным режимом. При этом методе IT-компоненты полностью погружаются в изолирующую жидкость специального состава. Эта жидкость напрямую поглощает тепло от сервера, аналогично двухфазному иммерсионному охлаждению. В отличие от двухфазных систем, однофазный теплоноситель не кипит и не претерпевает фазовых переходов. Он остается жидким на протяжении всего процесса охлаждения. Нагретая изоляционная жидкость циркулирует через теплообменник внутри охлаждающе-распределительного устройства (CDU). Этот теплообменник передает тепловую энергию независимому охлаждающему средству, обычно замкнутой водяной системе. Охлажденная изолирующая жидкость затем перекачивается обратно в погружной резервуар для завершения цикла охлаждения.
В двухфазной системе погружного охлаждения электронные компоненты погружаются в изолированную теплопроводную жидкую ванну, которая имеет гораздо лучшую теплопроводность, чем воздух, вода или масло. Отличие двухфазного иммерсионного жидкостного охлаждения состоит в том, что теплоноситель претерпевает фазовый переход. Путь теплопередачи при двухфазном погружном жидкостном охлаждении в основном такой же, как и при однофазном погружном жидкостном охлаждении, с основным отличием в том, что охлаждающая жидкость вторичной стороны циркулирует только во внутренней области погружной камеры, причем верхняя часть погружная камера является газовой зоной, а дно - жидкой зоной; ИТ-оборудование полностью погружено в жидкий хладагент с низкой температурой кипения, который поглощает тепло от оборудования и закипает. Образующийся в результате испарения высокотемпературный газообразный теплоноситель из-за своей малой плотности постепенно собирается в верхней части погружной камеры и обменивается теплом с установленным вверху конденсатором, конденсируясь в низкотемпературный жидкий теплоноситель. Затем он стекает обратно на дно камеры под действием силы тяжести, обеспечивая отвод тепла для ИТ-оборудования.
В процессе инновационного развития технологий рассеивания тепла, будь то микросхемы или электронные устройства, объем, стоимость конструкции, надежность и другие аспекты продукции являются пороговыми значениями, которых предприятия не могут избежать. Это также проблемы, которые должна сбалансировать и решить технология рассеивания тепла. Различные комбинированные технологии могут использоваться для разработки продуктов для различных материалов рассеивания тепла, технологий и сценариев применения, чтобы найти оптимальное решение для текущей схемы.
