Revolucija tehnologije tekućeg hlađenja u podatkovnim centrima
S inovativnim razvojem tehnologija kao što su AI, računalstvo u oblaku i veliki podaci, podatkovni centri i komunikacijska oprema, kao informacijska infrastruktura, poduzimaju sve veću količinu računanja. S brzim porastom računalne snage u podatkovnim centrima, gustoća snage pojedinačnih ormara je porasla, što postavlja veće zahtjeve u pogledu učinkovitosti odvođenja topline. S druge strane, pod politikom "dvostrukog ugljika", podatkovni centri, kao "veliki potrošači energije", dužni su kontinuirano smanjivati svoje PUE pokazatelje kako bi smanjili potrošnju električne energije rashladnog sustava. Međutim, tradicionalno hlađenje zrakom više ne može ispuniti gore navedene zahtjeve za rasipanje topline, pa se pojavila tehnologija hlađenja tekućinom.
Vrhunski grafički procesor za podatkovne centre koji je bio dostupan na tržištu prije 10 godina bio je NVIDIA K40, s toplinskom projektiranom snagom (TDP) od 235 W. Kada je NVIDIA izdala A100 2020., TDP je bio blizu 400 W, a s najnovijim H100 čipom, TDP je skočio na 700 W. Potrošnja energije toplinskog dizajna jednog AI čipa visokih performansi dosegla je 1000 W. Podrazumijeva se da Intel razvija čip koji bi mogao doseći 1,5 kW. Natjecanje u umjetnoj inteligenciji u konačnici se svodi na natjecanje u računalnoj snazi, a glavno usko grlo za visoke računalne čipove njihova je sposobnost rasipanja topline. Kada TDP čipa prijeđe 1000 W, mora se usvojiti tehnologija tekućeg hlađenja.
Tehnologija hlađenja tekućinom može učinkovito riješiti probleme postavljanja visoke gustoće i lokalnog pregrijavanja u računalnim sobama, među kojima imerzijsko hlađenje tekućinom ima izvanredne prednosti u rasipanju topline i uštedi energije. Imerzijsko hlađenje tekućinom tipična je metoda hlađenja tekućinom s izravnim kontaktom, u kojoj su elektronički uređaji uronjeni u rashladnu tekućinu, a proizvedena toplina izravno se prenosi na rashladnu tekućinu i provodi kroz cirkulaciju tekućine. Imerzijsko tekućinsko hlađenje može se klasificirati u dvije vrste: jednofazno imerzijsko tekućinsko hlađenje i imerzijsko tekućinsko hlađenje s promjenom faze, ovisno o tome hoće li korištena rashladna tekućina doživjeti promjenu stanja tijekom hlađenja elektroničkih uređaja. Prednost jednofaznog je u tome što su troškovi postavljanja i rashladnog medija niži i nema rizika od prelijevanja rashladnog sredstva; Prednost fazne promjene je u većem kapacitetu i granici odvođenja topline, ali još uvijek zaostaje za monofaznom u pogledu cijene i tehnološke zrelosti.
Jednofazno uronjeno hlađenje pruža uvjerljivo rješenje za podatkovne centre koji traže učinkovito i pouzdano upravljanje toplinom. Kod ove metode, IT komponente potpuno su uronjene u posebno formuliranu izolacijsku tekućinu. Ova tekućina izravno apsorbira toplinu iz poslužitelja, slično dvofaznom hlađenju uranjanjem. Za razliku od dvofaznih sustava, jednofazna rashladna tekućina ne kuha niti prolazi kroz fazne prijelaze. Ostaje tekućina tijekom cijelog procesa hlađenja. Zagrijana izolacijska tekućina cirkulira kroz izmjenjivač topline unutar jedinice za distribuciju hlađenja (CDU). Ovaj izmjenjivač topline prenosi toplinsku energiju neovisnom rashladnom mediju, obično zatvorenom vodenom sustavu. Ohlađena izolacijska tekućina se zatim pumpa natrag u spremnik za uranjanje kako bi se dovršio ciklus hlađenja.
U dvofaznom rashladnom sustavu s uranjanjem, elektroničke komponente uronjene su u izoliranu kupku s tekućinom koja provodi toplinu i koja ima mnogo bolju toplinsku vodljivost od zraka, vode ili ulja. Razlika između dvofaznog hlađenja tekućinom uranjanjem je u tome što rashladno sredstvo prolazi kroz fazni prijelaz. Put prijenosa topline kod dvofaznog hlađenja uranjanjem u tekućinu u osnovi je isti kao i kod jednofaznog hlađenja uranjanjem u tekućinu, s glavnom razlikom što rashladno sredstvo sekundarne strane cirkulira samo u unutarnjem području komore za uranjanje, s vrhom komora za uranjanje je plinovita zona, a dno je zona tekućine; IT oprema potpuno je uronjena u tekuću rashladnu tekućinu niske točke vrenja, koja apsorbira toplinu iz opreme i ključa. Visokotemperaturno plinovito rashladno sredstvo koje nastaje isparavanjem, zbog svoje niske gustoće, postupno se skuplja na vrhu uronjene komore i izmjenjuje toplinu s kondenzatorom instaliranim na vrhu, kondenzirajući se u niskotemperaturno tekuće rashladno sredstvo. Zatim teče natrag na dno komore pod djelovanjem gravitacije, postižući disipaciju topline za IT opremu.
U procesu inovativnog razvoja tehnologije rasipanja topline, bilo da se radi o čipovima ili elektroničkim uređajima, volumen, trošak dizajna, pouzdanost i drugi aspekti proizvoda su pragovi koje poduzeća ne mogu izbjeći. To su također problemi koje tehnologija odvođenja topline mora uravnotežiti i riješiti. Različite kombinirane tehnologije mogu se koristiti za razvoj proizvoda za različite materijale za odvođenje topline, tehnologije i scenarije primjene, kako bi se pronašlo optimalno rješenje za trenutni obrazac.
