Революцията в технологията за течно охлаждане в центровете за данни

С иновативното развитие на технологии като AI, облачни изчисления и големи данни, центровете за данни и комуникационното оборудване, като информационна инфраструктура, поемат все по-голямо количество изчисления. С бързото увеличаване на изчислителната мощност в центровете за данни, плътността на мощността на единичните шкафове се е увеличила, което поставя по-високи изисквания към ефективността на разсейване на топлината. От друга страна, съгласно политиката за „двоен въглерод“, центровете за данни, като „основни потребители на енергия“, са длъжни непрекъснато да намаляват своите PUE показатели, за да намалят консумацията на електроенергия от хладилната система. Традиционното въздушно охлаждане обаче вече не може да отговори на горните изисквания за разсейване на топлината и се появи технология за течно охлаждане.

Най-добрият графичен процесор за центрове за данни, наличен на пазара преди 10 години, беше NVIDIA K40 с топлинна мощност (TDP) от 235 W. Когато NVIDIA пусна A100 през 2020 г., TDP беше близо до 400 W, а с най-новия чип H100 TDP скочи до 700 W. Консумацията на енергия при термичен дизайн на един високопроизводителен AI чип достигна 1000 W. Известно е, че Intel разработва чип, който може да достигне 1,5kW. Конкуренцията в областта на изкуствения интелект в крайна сметка се свежда до конкуренцията в изчислителната мощност, а основното пречка за високопроизводителните изчислителни чипове е тяхната способност за разсейване на топлината. Когато TDP на чипа надвишава 1000 W, трябва да се приеме технология за течно охлаждане.

Технологията за течно охлаждане може ефективно да реши проблемите с разгръщането с висока плътност и локалното прегряване в компютърните зали, сред които потапящото течно охлаждане има изключителни предимства при разсейване на топлината и пестене на енергия. Течното охлаждане с потапяне е типичен метод за охлаждане с течност с директен контакт, при който електронните устройства се потапят в охлаждаща течност и генерираната топлина се прехвърля директно към охлаждащата течност и се провежда чрез циркулацията на течността. Потопяемото течно охлаждане може да се класифицира в два вида: еднофазно потапящо течно охлаждане и фазово променящо се потапящо течно охлаждане, в зависимост от това дали използваната охлаждаща течност ще претърпи промяна на състоянието по време на охлаждането на електронните устройства. Предимството на еднофазното е, че разходите за внедряване и разходите за охладителна среда са по-ниски и няма риск от преливане на охлаждащата течност; Предимството на смяната на фазите се крие в по-високия капацитет и граница на разсейване на топлината, но все още изостава от монофазните по отношение на разходите и технологичната зрялост.

Еднофазното потапящо охлаждане осигурява убедително решение за центрове за данни, които търсят ефективно и надеждно управление на топлината. При този метод IT компонентите са напълно потопени в специално формулирана изолационна течност. Тази течност директно абсорбира топлината от сървъра, подобно на двуфазното охлаждане с потапяне. За разлика от двуфазните системи, еднофазната охлаждаща течност не кипи и не претърпява фазови преходи. Той остава течен през целия процес на охлаждане. Нагрятата изолационна течност циркулира през топлообменника вътре в охлаждащия разпределителен модул (CDU). Този топлообменник пренася топлинна енергия към независима охлаждаща среда, обикновено затворена водна система. След това охладената изолационна течност се изпомпва обратно в резервоара за потапяне, за да завърши цикъла на охлаждане.

В двуфазна система за охлаждане с потапяне електронните компоненти се потапят в изолирана топлопроводима течна баня, която има много по-добра топлопроводимост от въздуха, водата или маслото. Разликата между двуфазното потопяемо течно охлаждане е, че охлаждащата течност претърпява фазов преход. Пътят на топлопредаване на двуфазно потапящо течно охлаждане е основно същият като този на еднофазно потапящо течно охлаждане, като основната разлика е, че охлаждащата течност от вторичната страна циркулира само във вътрешната област на потапящата камера, като горната част на камерата за потапяне е газообразна зона, а дъното е течна зона; ИТ оборудването е изцяло потопено в течен охладител с ниска точка на кипене, който абсорбира топлината от оборудването и кипи. Високотемпературният газообразен охладител, произведен чрез изпаряване, поради ниската си плътност, постепенно се събира в горната част на камерата за потапяне и обменя топлина с кондензатора, монтиран в горната част, кондензирайки в нискотемпературен течен охладител. След това се връща обратно към дъното на камерата под действието на гравитацията, постигайки разсейване на топлината за ИТ оборудването.

В процеса на иновативно развитие на технологията за разсейване на топлината, независимо дали става въпрос за чипове или електронни устройства, обемът, разходите за проектиране, надеждността и други аспекти на продуктите са прагове, които предприятията не могат да избегнат. Това също са проблеми, които технологията за разсейване на топлината трябва да балансира и разреши. Могат да се използват различни комбинирани технологии за разработване на продукти за различни материали за разсейване на топлината, технологии и сценарии на приложение, за да се намери оптималното решение за текущия модел.