Analyse av væskekjøling og varmeavledningsteknologi i AI-datasentre

Generativ AI og ulike store modeller gir oss en helt ny applikasjonsopplevelse, og stiller også høyere krav til datakraft. For datasenterdriftsledere, på grunn av den betydelige økningen i strømtettheten til GPU-servere, stilles det høyere krav til kjøleutstyret og teknologien til datasentre. Derfor, i tillegg til å fokusere på selve datakraften, tar de også mer hensyn til de ulike problemene som oppstår ved datasenterets strømforbruk og kjøling.

Drevet av den sterke etterspørselen etter AI-datakraft, har antallet GPU-servere i datasentre økt betydelig, noe som fører til stadig mer fremtredende problemer med strømforbruket. Vi vet at den maksimale totale effekten til luftkjølte enkeltskap i datasentre er 15kW. Med samme rack up rate, har kraftveksten brakt av GPU-servere nærmet seg grensen for enkeltkabinett. Strømforbruket til GPU-er øker imidlertid stadig. I møte med høyt strømforbruk og scenarier med høy tetthet, er tradisjonell luftkjøling tydeligvis ikke i stand til å møte energiforbruk og varmespredningsbehov. Væskekjølingsteknologi, med sin ultrahøye energieffektivitet og ultrahøye varmetetthet, har blitt et nødvendig alternativ for temperaturkontrollløsninger i intelligente datasentre.

I tradisjonelle luftkjølte datasentre er energiforbruket til utstyrskjøling og varmespredning så høyt som 40 %, og varmespredningseffektiviteten er ikke høy. På grunn av sine begrensninger er konvensjonell luftkjøling i datasentre vanligvis utformet med en enkelt kabinettetthet på 8-10kW. På grunn av at den termiske ledningsevnen til væskekjøleteknologi er 25 ganger større enn luft og bærer nesten 3000 ganger mer varme enn samme luftvolum, kan den enkelt oppnå en enkelt skaptetthet på over 30kW. Derfor kan det spare mye plass, ytterligere forbedre distribusjonstettheten til skap i et enkelt datasenter og forbedre utnyttelsesgraden av datasenterenhetens område.
Imidlertid er det foreløpig ingen enhetlig teknologi og konstruksjonsstandard i væskekjølingsindustrien, og sammenlignet med tradisjonell luftkjølt kjøling er byggekostnadene for væskekjølingsdatasentre fortsatt for høye. Den raske utviklingen av væskekjølingsteknologi og mangelen på enhetlig teknologi og konstruksjonsstandarder har medført betydelige utfordringer for senere administrasjon og vedlikehold.

For tiden inkluderer de viktigste væskekjølingsteknologiene indirekte væskekjøleteknologi representert av kjølesystem for kjøleplater og direkte væskekjøleteknologi representert av nedsenkingsvæskekjølesystem. På grunn av forskjellene i varmespredningsdesign mellom de to, er det også betydelige forskjeller i varmespredningseffektivitet.

Indirekte varmeavledningsteknologi oppnås ved å kontakte overflatene til CPUer, minne, GPUer, harddisker og andre medier som kalde plater, ved å bruke kjølevæskestrømmen til å frakte bort varme. I tillegg til kalde plater og andre medier inkluderer indirekte væskekjølingsteknologi også komponenter som varmevekslere, rørledninger, pumper, kjølevæske og kontrollsystemer. Kaldplatevæskekjølesystemet har blitt hovedløsningen for indirekte væskekjølingsteknologi. Hovedfordelene med indirekte væskekjølingsteknologi er at den ikke krever å endre formen til eksisterende servere, har lav designteknisk vanskelighet, relativt lav distribusjonsvanskelighet og relativt lav vanskelighetsgrad i senere drift og vedlikeholdsadministrasjon. I tillegg, på grunn av bruken av etylenglykol vandig løsning som kjølemedium, er kostnadene lavere.
Ulempen er at varmeavledningseffektiviteten er relativt lav, og på grunn av det store antallet komponenter er feilraten relativt høyere. For tiden har kjølesystemet for kjøleplater blitt den foretrukne løsningen for de fleste datasentre.

Direkte væskekjølingsteknologi refererer til direkte kontakt mellom CPU, GPU, hovedkort, minne, etc., og kjølevæske, som strømmer direkte gjennom maskinvareoverflaten for å absorbere og ta bort varme. For tiden inkluderer teknologi for direkte væskekjøling nedsenkingsvæskekjølesystemer og sprayvæskekjølesystemer. Avhengig av om kjølemediet gjennomgår faseendring, kan det deles inn i enfase nedsenking og faseendring nedsenking.
Sammenlignet med indirekte varmeavledningsteknologi har direkte væskekjølingsteknologi ikke noe mellomledende medium mellom væsken og varmekilden, og varme kan overføres mer direkte til væsken, noe som resulterer i høyere varmeavledningseffektivitet. Imidlertid er teknologi for direkte væskekjøling vanskeligere og mer kostbar å implementere på grunn av behovet for å redesigne og transformere hele datasenteret. For tiden brukes teknologi for direkte væskekjøling hovedsakelig i scenarier som krever høy varmeavledningseffektivitet.

For tiden, ettersom kjølesystemet for væskekjøling med kald plate blir mer modent, vil det bli den vanlige væskekjølingsteknologien som kommer inn i datasentre først. Kostnadene, driften og vedlikeholdet, sikkerheten og andre problemer som påvirker populariseringen av kjøleteknologi for kaldplatevæske vil også bli løst med utviklingen av teknologien og standardiseringen.
Med den kontinuerlige utviklingen av teknologi, vil nedsenkede væskekjølesystemer også bli mye brukt i nye datasentre med høy tetthet, noe som ytterligere forbedrer varmeavledningseffektiviteten til datasentre og forbedrer datakraftnivåene betydelig.