Revoluția tehnologiei de răcire cu lichid în centrele de date

Odată cu dezvoltarea inovatoare a tehnologiilor precum AI, cloud computing și big data, centrele de date și echipamentele de comunicații, ca infrastructură informațională, efectuează o cantitate din ce în ce mai mare de calcul. Odată cu creșterea rapidă a puterii de calcul în centrele de date, densitatea de putere a dulapurilor individuale a crescut, ceea ce impune cerințe mai mari asupra eficienței de disipare a căldurii. Pe de altă parte, în cadrul politicii „dual carbon”, centrele de date, în calitate de „consumatori majori de energie”, sunt obligate să-și reducă în mod continuu indicatorii PUE pentru a reduce consumul de energie electrică al sistemului de refrigerare. Cu toate acestea, răcirea tradițională cu aer nu mai poate îndeplini cerințele de mai sus de disipare a căldurii și a apărut tehnologia de răcire cu lichid.

GPU-ul de top al centrului de date disponibil pe piață acum 10 ani a fost NVIDIA K40, cu o putere de proiectare termică (TDP) de 235 W. Când NVIDIA a lansat A100 în 2020, TDP-ul era aproape de 400 W, iar cu cel mai recent cip H100, TDP-ul a crescut vertiginos la 700 W. Consumul de putere prin design termic al unui singur cip AI de înaltă performanță a ajuns la 1000W. Se înțelege că Intel dezvoltă un cip care poate ajunge la 1,5 kW. Concurența în inteligența artificială se rezumă în cele din urmă la concurența în puterea de calcul, iar un blocaj major pentru cipurile de calcul mari este capacitatea lor de disipare a căldurii. Când TDP-ul cipului depășește 1000 W, trebuie adoptată tehnologia de răcire cu lichid.

Tehnologia de răcire cu lichid poate rezolva în mod eficient problemele implementării de înaltă densitate și supraîncălzirea locală în sălile computerelor, printre care răcirea cu lichid prin imersie are avantaje remarcabile în disiparea căldurii și economisirea energiei. Răcirea cu lichid prin imersie este o metodă tipică de răcire cu lichid prin contact direct, în care dispozitivele electronice sunt scufundate într-un lichid de răcire, iar căldura generată este transferată direct în lichidul de răcire și condusă prin circulația lichidului. Răcirea cu lichid de imersie poate fi clasificată în două tipuri: răcire cu lichid de imersie monofazată și răcire cu lichid de imersie cu schimbare de fază, în funcție de dacă lichidul de răcire utilizat va suferi o schimbare de stare în timpul răcirii dispozitivelor electronice. Avantajul monofazatului este că costul de desfășurare și costul mediu de răcire sunt mai mici și nu există riscul de depășire a lichidului de răcire; Avantajul schimbării de fază constă în capacitatea și limita mai mare de disipare a căldurii, dar rămâne în urmă cu o singură fază în ceea ce privește costul și maturitatea tehnologică.

Răcirea prin imersie cu o singură fază oferă o soluție convingătoare pentru centrele de date care caută un management termic eficient și fiabil. În această metodă, componentele IT sunt complet scufundate într-un lichid izolator special formulat. Acest lichid absoarbe direct căldura de la server, similar răcirii prin imersie în două faze. Spre deosebire de sistemele cu două faze, lichidul de răcire monofazat nu fierbe și nu suferă tranziții de fază. Rămâne lichid pe tot parcursul procesului de răcire. Lichidul izolator încălzit circulă prin schimbătorul de căldură din interiorul unității de distribuție a răcirii (CDU). Acest schimbător de căldură transferă energie termică către un mediu de răcire independent, de obicei un sistem de apă cu buclă închisă. Lichidul izolator răcit este apoi pompat înapoi în rezervorul de imersie pentru a finaliza ciclul de răcire.

Într-un sistem de răcire cu imersie în două faze, componentele electronice sunt scufundate într-o baie de lichid izolată, conducătoare de căldură, care are o conductivitate termică mult mai bună decât aerul, apa sau uleiul. Diferența dintre răcirea cu lichid prin imersie în două faze este că lichidul de răcire trece printr-o tranziție de fază. Calea de transfer de căldură a răcirii cu lichid de imersie în două faze este, practic, aceeași cu cea a răcirii cu lichid de imersie monofazată, principala diferență fiind că lichidul de răcire din partea secundară circulă doar în zona internă a camerei de imersie, cu vârful de camera de imersie fiind zona gazoasă iar fundul fiind zona lichidă; Echipamentul IT este complet scufundat într-un lichid de răcire cu punct de fierbere scăzut, care absoarbe căldura din echipament și fierbe. Lichidul de răcire gazos la temperatură înaltă produs prin vaporizare, datorită densității sale scăzute, se adună treptat în partea superioară a camerei de imersie și schimbă căldură cu condensatorul instalat în partea superioară, condensând într-un lichid de răcire lichid la temperatură joasă. Apoi curge înapoi în partea de jos a camerei sub acțiunea gravitației, realizând disiparea căldurii pentru echipamentul IT.

În procesul de dezvoltare inovatoare a tehnologiei de disipare a căldurii, fie că este vorba de cipuri sau dispozitive electronice, volumul, costul de proiectare, fiabilitatea și alte aspecte ale produselor sunt praguri pe care întreprinderile nu le pot evita. Acestea sunt, de asemenea, probleme pe care tehnologia de disipare a căldurii trebuie să le echilibreze și să le rezolve. Diferite tehnologii combinate pot fi utilizate pentru a dezvolta produse pentru diferite materiale de disipare a căldurii, tehnologii și scenarii de aplicare, pentru a găsi soluția optimă pentru modelul actual.