Анализ на течно охлаждане и технология за разсейване на топлината в AI центрове за данни
Генеративният AI и различни големи модели ни предоставят чисто ново изживяване с приложения и също така поставят по-високи изисквания към изчислителната мощност. За мениджърите на центрове за данни, поради значителното увеличение на плътността на мощността на GPU сървърите, се поставят по-високи изисквания към хладилното оборудване и технологията на центровете за данни. Следователно, в допълнение към фокусирането върху самата изчислителна мощност, те също обръщат повече внимание на различните проблеми, породени от консумацията на енергия и охлаждането на центъра за данни.
Воден от силното търсене на AI изчислителна мощност, броят на GPU сървърите в центровете за данни значително се увеличи, което води до все по-забележими проблеми с консумацията на енергия. Знаем, че максималната обща мощност на единичен шкаф с въздушно охлаждане в центрове за данни е 15kW. Със същата скорост на натрупване, нарастването на мощността, донесено от GPU сървърите, се доближи до лимита за единичен шкаф. Въпреки това, консумацията на енергия от графичните процесори все още непрекъснато нараства. Предвид сценариите с висока консумация на енергия и висока плътност, традиционното въздушно охлаждане очевидно не е в състояние да отговори на потреблението на енергия и нуждите от разсейване на топлината. Технологията за течно охлаждане, със своята свръхвисока енергийна ефективност и свръхвисока топлинна плътност, се превърна в необходима опция за решения за контрол на температурата в интелигентни изчислителни центрове.
В традиционните центрове за данни с въздушно охлаждане, консумацията на енергия за охлаждане на оборудването и разсейване на топлина достига до 40%, а ефективността на разсейване на топлината не е висока. Поради своите ограничения конвенционалното въздушно охлаждане в центрове за данни обикновено се проектира с плътност на един шкаф от 8-10kW. Поради топлопроводимостта на технологията за течно охлаждане, която е 25 пъти по-голяма от тази на въздуха и пренася близо 3000 пъти повече топлина от същия обем въздух, тя може лесно да постигне плътност на един шкаф от над 30kW. Поради това може да спести много място, допълнително да подобри плътността на разполагане на шкафовете в един център за данни и да подобри степента на използване на площта на единицата в центъра за данни.
Понастоящем обаче няма унифицирана технология и строителен стандарт в индустрията за течно охлаждане и в сравнение с традиционното въздушно охлаждане, разходите за изграждане на центрове за данни с течно охлаждане все още са твърде високи. Бързото развитие на технологията за течно охлаждане и липсата на унифицирана технология и строителни стандарти доведоха до значителни предизвикателства пред по-късното управление и поддръжка.
Понастоящем основните технологии за течно охлаждане включват индиректна технология за течно охлаждане, представена от система за течно охлаждане със студена плоча и технология за директно течно охлаждане, представена от система за течно охлаждане с потапяне. Поради разликите в дизайна на разсейване на топлината между двете, има и значителни разлики в ефективността на разсейване на топлината.
Технологията за индиректно разсейване на топлината се постига чрез контакт с повърхностите на процесорите, паметта, графичните процесори, твърдите дискове и други носители като студени плочи, като се използва потокът от охлаждаща течност за отвеждане на топлина. В допълнение към студените плочи и други среди, технологията за индиректно течно охлаждане също включва компоненти като топлообменници, тръбопроводи, помпи, охлаждаща течност и системи за управление. Системата за течно охлаждане със студена плоча се превърна в основното решение за технологията за индиректно течно охлаждане. Основните предимства на технологията за индиректно течно охлаждане са, че тя не изисква промяна на формата на съществуващи сървъри, има ниска техническа трудност при проектиране, относително ниска трудност при внедряване и относително малка трудност при по-късно управление на експлоатацията и поддръжката. В допълнение, поради използването на воден разтвор на етиленгликол като охлаждаща среда, цената е по-ниска.
Недостатъкът е, че ефективността на разсейване на топлината е относително ниска и поради големия брой компоненти процентът на повреда е относително по-висок. Понастоящем системата за течно охлаждане със студена плоча се е превърнала в предпочитано решение за повечето центрове за данни.
Технологията за директно течно охлаждане се отнася до директния контакт между процесора, графичния процесор, дънната платка, паметта и т.н. и охлаждащата течност, която директно протича през повърхността на хардуера, за да абсорбира и отнема топлината. Понастоящем технологията за директно течно охлаждане включва потопяеми системи за течно охлаждане и системи за течно охлаждане със спрей. В зависимост от това дали охлаждащата среда претърпява фазова промяна, тя може да бъде разделена на еднофазно потапяне и фазово потапяне.
В сравнение с технологията за непряко разсейване на топлината, технологията за директно течно охлаждане няма междинна проводяща среда между течността и източника на топлина и топлината може да се прехвърля по-директно към течността, което води до по-висока ефективност на разсейване на топлината. Технологията за директно течно охлаждане обаче е по-трудна и скъпа за внедряване поради необходимостта от редизайн и трансформация на целия център за данни. Понастоящем технологията за директно течно охлаждане се използва главно в сценарии, които изискват висока ефективност на разсейване на топлината.
Понастоящем, тъй като системата за течно охлаждане на студената плоча става все по-зряла, тя ще се превърне в основната технология за течно охлаждане, която първо навлиза в центровете за данни. Цената, експлоатацията и поддръжката, безопасността и други проблеми, които влияят върху популяризирането на технологията за течно охлаждане на студена плоча, също ще бъдат решени с развитието на технологията и стандартизацията.
С непрекъснатото развитие на технологиите, системите за потопено течно охлаждане също ще бъдат широко използвани в нови центрове за данни с висока плътност, като допълнително подобряват ефективността на разсейване на топлината на центровете за данни и значително повишават нивата на изчислителна мощност.
