Analiza tehnologiei de răcire cu lichid și disipare a căldurii în centrele de date AI
Inteligența artificială generativă și diverse modele mari ne oferă o experiență de aplicație nou-nouță și, de asemenea, impun cerințe mai mari în ceea ce privește puterea de calcul. Pentru managerii de operare a centrelor de date, din cauza creșterii semnificative a densității de putere a serverelor GPU, sunt impuse cerințe mai mari pentru echipamentele de refrigerare și tehnologia centrelor de date. Prin urmare, pe lângă faptul că se concentrează asupra puterii de calcul în sine, aceștia acordă și mai multă atenție diferitelor probleme cauzate de consumul de energie și răcirea centrului de date.
Impulsat de cererea puternică de putere de calcul AI, numărul de servere GPU din centrele de date a crescut semnificativ, ceea ce duce la probleme de consum de energie din ce în ce mai importante. Știm că puterea totală maximă a unui singur cabinet răcit cu aer din centrele de date este de 15 kW. Cu aceeași rată de rack-up, creșterea puterii adusă de serverele GPU s-a apropiat de limita unui singur cabinet. Cu toate acestea, consumul de energie al GPU-urilor este încă în creștere constantă. În fața unui consum mare de energie și a scenariilor de densitate mare, răcirea tradițională cu aer nu este în mod clar în măsură să satisfacă nevoile de consum de energie și de disipare a căldurii. Tehnologia de răcire cu lichid, cu eficiența sa energetică ultra-înalta și densitatea termică ultra-înalta, a devenit o opțiune necesară pentru soluțiile de control al temperaturii în centrele de calcul inteligente.
În centrele de date tradiționale răcite cu aer, consumul de energie pentru răcirea echipamentelor și disiparea căldurii este de până la 40%, iar eficiența disipării căldurii nu este mare. Datorită limitărilor sale, răcirea convențională cu aer în centrele de date este în general proiectată cu o densitate unică a carcasei de 8-10kW. Datorită conductivității termice a tehnologiei de răcire cu lichid, fiind de 25 de ori mai mare decât cea a aerului și transportând de aproape 3000 de ori mai multă căldură decât același volum de aer, poate atinge cu ușurință o densitate unică a carcasei de peste 30 kW. Prin urmare, poate economisi mult spațiu, poate îmbunătăți și mai mult densitatea de implementare a dulapurilor într-un singur centru de date și poate îmbunătăți rata de utilizare a zonei unității centrului de date.
Cu toate acestea, în prezent nu există o tehnologie unificată și un standard de construcție în industria de răcire cu lichid și, în comparație cu răcirea tradițională cu aer, costul de construcție al centrelor de date cu răcire cu lichid este încă prea mare. Dezvoltarea rapidă a tehnologiei de răcire cu lichid și lipsa tehnologiei unificate și a standardelor de construcție au adus provocări semnificative managementului și întreținerii ulterioare.
În prezent, principalele tehnologii de răcire cu lichid includ tehnologia de răcire indirectă cu lichid reprezentată de sistemul de răcire cu lichid cu placă rece și tehnologia de răcire directă cu lichid reprezentată de sistemul de răcire cu lichid prin imersie. Datorită diferențelor de proiectare a disipării căldurii dintre cele două, există și diferențe semnificative în eficiența disipării căldurii.
Tehnologia de disipare indirectă a căldurii este realizată prin contactarea suprafețelor procesoarelor, memoriei, GPU-urilor, hard disk-urilor și altor medii, cum ar fi plăcile reci, utilizând fluxul de lichid de răcire pentru a îndepărta căldura. Pe lângă plăcile reci și alte medii, tehnologia de răcire indirectă cu lichid include și componente precum schimbătoare de căldură, conducte, pompe, lichid de răcire și sisteme de control. Sistemul de răcire cu lichid cu placă rece a devenit soluția principală pentru tehnologia de răcire indirectă cu lichid. Principalele avantaje ale tehnologiei de răcire cu lichid indirect sunt că nu necesită schimbarea formei serverelor existente, are dificultate tehnică de proiectare scăzută, dificultate de implementare relativ scăzută și dificultate relativ scăzută în gestionarea ulterioară a operațiunii și întreținerii. În plus, datorită utilizării soluției apoase de etilenglicol ca mediu de răcire, costul este mai mic.
Dezavantajul este că eficiența de disipare a căldurii este relativ scăzută, iar datorită numărului mare de componente, rata de eșec este relativ mai mare. În prezent, sistemul de răcire cu lichid cu placă rece a devenit soluția preferată pentru majoritatea centrelor de date.
Tehnologia de răcire directă cu lichid se referă la contactul direct dintre CPU, GPU, placa de bază, memorie etc. și lichidul de răcire, care curge direct prin suprafața hardware pentru a absorbi și a elimina căldura. În prezent, tehnologia de răcire directă cu lichid include sisteme de răcire cu lichid prin imersie și sisteme de răcire cu lichid prin pulverizare. În funcție de faptul dacă mediul de răcire suferă o schimbare de fază, acesta poate fi împărțit în imersie monofazată și imersie cu schimbare de fază.
În comparație cu tehnologia de disipare indirectă a căldurii, tehnologia de răcire directă cu lichid nu are un mediu conductiv intermediar între lichid și sursa de căldură, iar căldura poate fi transferată mai direct în lichid, rezultând o eficiență mai mare de disipare a căldurii. Cu toate acestea, tehnologia de răcire directă cu lichid este mai dificil și mai costisitor de implementat din cauza necesității de a reproiecta și transforma întregul centru de date. În prezent, tehnologia de răcire directă cu lichid este utilizată în principal în scenarii care necesită o eficiență ridicată de disipare a căldurii.
În prezent, pe măsură ce sistemul de răcire cu lichid cu placă rece devine mai matur, va deveni tehnologia principală de răcire cu lichid care intră mai întâi în centrele de date. Costul, operarea și întreținerea, siguranța și alte probleme care afectează popularizarea tehnologiei de răcire cu lichid cu plăci reci vor fi, de asemenea, rezolvate odată cu dezvoltarea tehnologiei și standardizarea.
Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei, sistemele de răcire cu lichid imersat vor fi, de asemenea, utilizate pe scară largă în noile centre de date de înaltă densitate, îmbunătățind în continuare eficiența de disipare a căldurii a centrelor de date și îmbunătățind semnificativ nivelurile de putere de calcul.
