Аналіз технології рідинного охолодження та розсіювання тепла в центрах обробки даних ШІ
Генеративний штучний інтелект і різноманітні великі моделі надають нам абсолютно новий досвід застосування, а також висувають підвищені вимоги до обчислювальної потужності. Для керівників центрів обробки даних через значне збільшення питомої потужності GPU-серверів висуваються підвищені вимоги до холодильного обладнання та технологій центрів обробки даних. Тому, крім зосередження на самій обчислювальній потужності, вони також приділяють більше уваги різним проблемам, спричиненим енергоспоживанням і охолодженням центру обробки даних.
Завдяки значному попиту на обчислювальну потужність штучного інтелекту кількість серверів із графічним процесором у центрах обробки даних значно зросла, що призвело до все більш помітних проблем із енергоспоживанням. Ми знаємо, що максимальна сумарна потужність окремої шафи з повітряним охолодженням у центрах обробки даних становить 15 кВт. З тією ж швидкістю нарощування потужність серверів GPU наблизилася до межі для однієї шафи. Однак енергоспоживання GPU постійно зростає. З огляду на сценарії високого енергоспоживання та високої щільності традиційне повітряне охолодження явно не в змозі задовольнити потреби в споживанні енергії та розсіюванні тепла. Технологія рідинного охолодження з її надвисокою енергоефективністю та надвисокою щільністю тепла стала необхідною опцією для рішень для контролю температури в інтелектуальних обчислювальних центрах.
У традиційних центрах обробки даних з повітряним охолодженням споживання енергії на охолодження обладнання та розсіювання тепла досягає 40%, а ефективність розсіювання тепла невисока. Через свої обмеження звичайне повітряне охолодження в центрах обробки даних зазвичай проектується з щільністю однієї шафи 8-10кВт. Завдяки тому, що теплопровідність технології рідинного охолодження в 25 разів перевищує теплопровідність повітря, і вона переносить майже в 3000 разів більше тепла, ніж той самий об’єм повітря, вона може легко досягти щільності однієї шафи понад 30 кВт. Таким чином, це може заощадити багато місця, додатково підвищити щільність розгортання шаф в одному центрі обробки даних і підвищити рівень використання площі одиниці центру обробки даних.
Однак на даний момент немає єдиної технології та стандарту конструкції в індустрії рідинного охолодження, і в порівнянні з традиційним повітряним охолодженням вартість будівництва центрів обробки даних з рідинним охолодженням все ще занадто висока. Швидкий розвиток технології рідинного охолодження та відсутність єдиної технології та будівельних стандартів створили значні проблеми для подальшого управління та обслуговування.
На даний момент основні технології рідинного охолодження включають технологію непрямого рідинного охолодження, представлену системою рідинного охолодження холодної пластини, і технологію прямого рідинного охолодження, представлену системою рідинного охолодження занурення. Через відмінності в конструкції розсіювання тепла між ними також існують значні відмінності в ефективності розсіювання тепла.
Технологія непрямого розсіювання тепла досягається шляхом контакту з поверхнями процесорів, пам’яті, графічних процесорів, жорстких дисків та інших носіїв, таких як холодні пластини, використовуючи потік охолоджуючої рідини для відведення тепла. Окрім холодних пластин та інших середовищ, технологія непрямого рідинного охолодження також включає такі компоненти, як теплообмінники, трубопроводи, насоси, охолоджувач і системи керування. Система рідинного охолодження холодної пластини стала основним рішенням для технології непрямого рідинного охолодження. Основні переваги технології непрямого рідинного охолодження полягають у тому, що вона не потребує зміни форми існуючих серверів, має низькі технічні труднощі при проектуванні, відносно низькі труднощі розгортання та відносно низькі труднощі в подальшій експлуатації та управлінні обслуговуванням. Крім того, завдяки використанню водного розчину етиленгліколю як охолоджувального середовища вартість нижча.
Недолік полягає в тому, що ефективність розсіювання тепла відносно низька, а через велику кількість компонентів інтенсивність відмов порівняно вища. В даний час система рідинного охолодження холодної пластини стала кращим рішенням для більшості центрів обробки даних.
Технологія прямого рідинного охолодження стосується прямого контакту між центральним процесором, графічним процесором, материнською платою, пам’яттю тощо та охолоджуючою рідиною, яка безпосередньо протікає через апаратну поверхню, поглинаючи та відводячи тепло. В даний час технологія прямого рідинного охолодження включає занурювальні системи рідинного охолодження та системи охолодження розпилюваної рідини. Залежно від того, чи зазнає фазова зміна охолоджувального середовища, його можна розділити на однофазне занурення та фазове занурення.
У порівнянні з технологією непрямого розсіювання тепла, технологія прямого рідинного охолодження не має проміжного провідного середовища між рідиною та джерелом тепла, і тепло може передаватися безпосередньо рідині, що призводить до вищої ефективності розсіювання тепла. Однак технологію прямого рідинного охолодження складніше та дорожче розгортати через необхідність перепроектування та трансформації всього центру обробки даних. Зараз технологія прямого рідинного охолодження в основному використовується в сценаріях, які вимагають високої ефективності розсіювання тепла.
Наразі, коли система рідинного охолодження холодних пластин стане більш зрілою, вона стане основною технологією рідинного охолодження, яка першою входить у центри обробки даних. Вартість, експлуатація та технічне обслуговування, безпека та інші питання, які впливають на популяризацію технології рідинного охолодження холодних пластин, також будуть вирішені з розвитком технології та стандартизацією.
З безперервним розвитком технологій занурені системи рідинного охолодження також будуть широко використовуватися в нових центрах обробки даних з високою щільністю, що ще більше покращить ефективність розсіювання тепла центрів обробки даних і значно підвищить рівень обчислювальної потужності.
