Folyadékhűtés és hőelvezetési technológia elemzése mesterséges intelligencia adatközpontokban
A generatív mesterséges intelligencia és a különféle nagy modellek vadonatúj alkalmazási élményt nyújtanak számunkra, és magasabb számítási teljesítményt is támasztanak. Az adatközpont-üzemeltetők számára a GPU-szerverek teljesítménysűrűségének jelentős növekedése miatt magasabb követelmények támasztják az adatközpontok hűtőberendezéseit és technológiáját. Ezért amellett, hogy magára a számítási teljesítményre összpontosítanak, nagyobb figyelmet fordítanak az adatközpontok energiafogyasztása és hűtése által okozott különféle problémákra is.
Az AI számítási teljesítmény iránti erős kereslet hatására jelentősen megnőtt a GPU-szerverek száma az adatközpontokban, ami egyre szembetűnőbb energiafogyasztási problémákhoz vezet. Tudjuk, hogy az adatközpontokban a léghűtéses egyszemélyes szekrény maximális összteljesítménye 15 kW. Ugyanilyen rack-up arány mellett a GPU-szerverek teljesítménynövekedése megközelítette az egyetlen szekrény határát. A GPU-k energiafogyasztása azonban továbbra is folyamatosan növekszik. A nagy energiafogyasztás és a nagy sűrűségű forgatókönyvek mellett a hagyományos léghűtés nyilvánvalóan nem képes kielégíteni az energiafogyasztási és hőleadási igényeket. A folyadékhűtés technológia rendkívül magas energiahatékonyságával és rendkívül magas hősűrűségével az intelligens számítástechnikai központok hőmérséklet-szabályozási megoldásainak szükséges opciója lett.
A hagyományos léghűtéses adatközpontokban a berendezések hűtésére és hőelvezetésére fordított energiafogyasztás eléri a 40%-ot, a hőleadás hatékonysága pedig nem magas. Korlátai miatt az adatközpontok hagyományos léghűtését általában egyetlen, 8-10 kW-os szekrénysűrűséggel tervezik. A folyékony hűtési technológia hővezető képességének köszönhetően, amely 25-szöröse a levegőnek, és közel 3000-szer több hőt szállít, mint az azonos térfogatú levegő, könnyen elérhető egyetlen 30 kW feletti szekrénysűrűség. Ezért sok helyet takaríthat meg, tovább javíthatja az egyetlen adatközpontban található szekrények telepítési sűrűségét, és javíthatja az adatközpont egység területének kihasználtságát.
A folyadékhűtéses iparágban azonban jelenleg nincs egységes technológiai és építési szabvány, a hagyományos léghűtéses hűtéshez képest a folyadékhűtéses adatközpontok építési költsége még mindig túl magas. A folyadékhűtés technológia rohamos fejlődése, valamint az egységes technológiai és építési szabványok hiánya jelentős kihívások elé állította a későbbi irányítást és karbantartást.
Jelenleg a fő folyadékhűtési technológiák közé tartozik a közvetett folyadékhűtési technológia, amelyet a hideglemezes folyadékhűtő rendszer képvisel, és a közvetlen folyadékhűtési technológia, amelyet a merülő folyadékhűtő rendszer képvisel. A kettő közötti hőleadási tervezési különbségek miatt jelentős különbségek vannak a hőleadás hatékonyságában is.
A közvetett hőelvezetési technológiát a CPU-k, a memória, a GPU-k, a merevlemezek és más adathordozók, például a hideglemezek felületének érintkezésével érik el, a hűtőfolyadék áramlását felhasználva a hő elvezetésére. A hűtőlemezeken és más közegeken kívül a közvetett folyadékhűtési technológia olyan alkatrészeket is tartalmaz, mint a hőcserélők, csővezetékek, szivattyúk, hűtőfolyadék és vezérlőrendszerek. A hideglemezes folyadékhűtő rendszer a közvetett folyadékhűtés technológia fő megoldásává vált. A közvetett folyadékhűtési technológia fő előnye, hogy nem igényli a meglévő szerverek formájának megváltoztatását, csekély tervezési technikai nehézséggel, viszonylag alacsony telepítési nehézséggel, valamint a későbbi üzemeltetési és karbantartási menedzsmenttel viszonylag kis nehézségekkel jár. Ezen túlmenően az etilénglikol vizes oldatának hűtőközegként való alkalmazása miatt a költségek alacsonyabbak.
Hátránya, hogy a hőelvezetési hatásfok viszonylag alacsony, és a nagyszámú alkatrész miatt viszonylag nagyobb a meghibásodási arány. Jelenleg a legtöbb adatközpontban a hideglemezes folyadékhűtő rendszer vált a preferált megoldássá.
A közvetlen folyadékhűtés technológia a CPU, a GPU, az alaplap, a memória stb. és a hűtőfolyadék közötti közvetlen érintkezésre utal, amely közvetlenül átfolyik a hardver felületén, hogy felszívja és elvonja a hőt. Jelenleg a közvetlen folyadékhűtési technológia magában foglalja a merülő folyadékhűtő rendszereket és a permetléhűtési rendszereket. Attól függően, hogy a hűtőközeg fázisváltozáson megy keresztül, egyfázisú merülésre és fázisváltó bemerítésre osztható.
A közvetett hőelvezetési technológiához képest a közvetlen folyadékhűtési technológiának nincs köztes vezető közege a folyadék és a hőforrás között, és a hőt közvetlenül lehet átadni a folyadéknak, ami nagyobb hőelvezetési hatékonyságot eredményez. A közvetlen folyadékhűtési technológiát azonban nehezebb és költségesebb telepíteni a teljes adatközpont újratervezésének és átalakításának szükségessége miatt. Jelenleg a közvetlen folyadékhűtési technológiát főként olyan forgatókönyvekben alkalmazzák, amelyek nagy hőelvezetési hatékonyságot igényelnek.
Jelenleg, ahogy a hideglemezes folyadékhűtési rendszer egyre érettebbé válik, ez lesz a mainstream folyadékhűtési technológia, amely először lép be az adatközpontokba. A technológia fejlődésével és a szabványosítással megoldódnak a hideglemezes folyadékhűtés technológia népszerűsítését érintő költségek, üzemeltetés és karbantartás, biztonsági és egyéb kérdések is.
A technológia folyamatos fejlődésével a merülő folyadékhűtési rendszereket a nagy sűrűségű új adatközpontokban is széles körben alkalmazzák, tovább javítva az adatközpontok hőelvezetési hatékonyságát és jelentősen növelve a számítási teljesítményszintet.
