Kasvav nõudlus kutsub esile arvutusvõimsuse revolutsiooni, vedelikjahutus soodustab tööstuse kasvu!

 

Alates 2023. aastast on OpenAI AI vestlusroboti mudel ChatGPT pälvinud laialdast tunnustust. See kasutab inimeste keelekäitumise simuleerimiseks suuri koolitusandmeid, genereerides semantilise analüüsi abil teksti, võimaldades sellel suhelda kasutajatega loomulikul ja realistlikul viisil, mis on sageli inimsuhtlusest eristamatu.

 

Paljudes valdkondades, nagu luuleloome ja stsenaariumi kirjutamine, ületab see isegi inimvõimed. Tehisintellekti arendamine nõuab aga ülivõimsat arvutusvõimsust, mis toob kaasa serveri energiatarbimise suurenemise, suurema võimsustiheduse ühiku kohta andmekeskustes ja energiatarbimise kasvu. Traditsiooniline õhkjahutustehnoloogia ei suuda enam jahutusvajadusi rahuldada, mistõttu on vedelikjahutus hädavajalik, mis kahtlemata tõukab tööstuse kasvu!

 

▲ OpenAI AI vestlusroboti mudel ChatGPT

 

 

Ⅰ ChatGPT plahvatuslik edu: millist arvutusvõimsust see nõuab?

 

Andmed, algoritmid ja arvutusvõimsus on tehisintellekti kolm põhielementi, kusjuures arvutusvõimsust nimetatakse tehisintellekti "mootoriks" või "mootoriks". Nii andmed kui ka algoritmid põhinevad arvutusvõimsusel. OpenAI hinnangute kohaselt on alates 2012. aastast maailma tipptasemel tehisintellekti mudelite koolitamiseks vajalik arvutusvõimsus kahekordistunud ligikaudu iga 3-4 kuu järel, kusjuures tippkoolitusmudelite jaoks vajaliku arvutusvõimsuse aastane kasv ulatub lausa kümnekordseks. Treeningufaasis kulutas ChatGPT kokku umbes 3640 PF-päeva (mis tähendab 3640 päeva jooksul töötamist 1 PetaFLOP/s efektiivsusega). See rõhutab, et tugev arvutusvõimsus on võti tehisintellektiga loodud sisu (AIGC) edasise rakendamise ja populariseerimise toetamiseks tulevikus.

 

Võtke näiteks ChatGPT: seda toetab GPT{0}}.5 mudel, mis on läbinud kolm iteratsiooni (GPT-1, GPT-2, GPT-3), kusjuures parameetrite arv kasvab 117 miljonilt 175 miljardile ja koolituseelsete andmete hulk kasvab 5 GB-lt 45 TB-le (vastab 160-kordsele kogu Vikipeedia ingliskeelsele versioonile). See tohutu andmehulk ja arvutus nõuab selle töö toetamiseks suuremat arvutusvõimsust. Sarnasteveebi andmetel oli 2023. aasta jaanuaris ChatGPT-l umbes 13 miljonit igapäevast aktiivset kasutajat, kellest igaüks küsis keskmiselt umbes 1,000 sõna.

 

See genereeris kokku ligikaudu 13 miljardit sõna (17,33 miljardit märki). Eeldades, et ülesanded jaotuvad ühtlaselt 24 tunni peale, oleks vajalike A100 GPU-de arv 17,33 miljardit * 2 * 300 miljardit / (20% * 24 tundi * 3600 sekundit)=601.75 PetaFLOP/S. Arvestades liiklustippude olemasolu, eeldades, et tippliiklus on viis korda suurem päeva keskmisest, oleks praeguse liiklusnõudluse rahuldamiseks vaja kokku 602 DGX A100 serverit, mis muudab arvutusvõimsuse nõuded äärmiselt karmiks.

 

See näitab, et veelgi paremate tehisintellekti mudelite koolitamiseks ja tehisintellekti mudelite tõeliseks rakendamiseks erinevates tööstusharudes on vaja tõhusamat arvutusvõimsust ja arvukamaid arvutusressursse. Arvutusvõimsusest on saanud tehisintellekti industrialiseerimist piirav kriitiline tegur ja see käivitab kindlasti uue arvutusvõimsuse revolutsiooni! Seoses tehisintellekti arvutusvõimsuse nõudluse kiire kasvuga suureneb seotud CPU-de/GPU-de võimsus, mistõttu on seadmete tõrgeteta töötamiseks vaja tugevamaid ja tõhusamaid jahutuslahendusi.

 

 

Ⅱ Arvutusvõimsuse laialdased rakendused

 

Digitaalmajanduse ajastul ei ole arvutusvõimsus mitte ainult võtmetähtsusega tootlikkuse tegur, vaid sellest saab ka universaalselt rakendatav tegur. Arvutusvõimsuse infrastruktuuri ülesehitamise edenedes tekivad kiiresti uued arvutusvõimsuse rakenduste mudelid ja ärivormid, mis integreerivad arvutusvõimsuse sügavalt rohkematesse tööstusharudesse, nagu tootmine, transport, haridus, lennundus, rahandus ja meedia. Samal ajal on arvutusvõimsuse planeerimine, haldamine ja kauplemine muutumas tööstuse uurimise keskpunktideks. Arvutusvõimsus areneb "ressursist" "teguriks", muutudes inimeste tootmise ja elu oluliseks osaks.

 

Erinevate tööstusharude areng on põhjustanud arvutusvõimsuse nõudluse plahvatusliku kasvu. Protsessori jõudluse maksimeerimiseks on vaja kõrgemat jahutustõhusust ja traditsiooniline õhkjahutustehnoloogia ei suuda enam rahuldada kasvavat arvutusvõimsuse nõudlust. Vedelikjahutusserverid koos oma eelistega saavutavad märkimisväärse turuosa ja juhivad tugevalt tööstuse arengut!

 

 

Ⅲ Vedelikjahutuse nõudluse märkimisväärne kasv

 

2022. aastal ületas Inteli neljanda põlvkonna serveriprotsessorite ühe CPU energiatarve 350 vatti ja NVIDIA ühe GPU kiibi energiatarve ületas 700 vatti. AI-klastrite arvutusvõimsuse tihedus ulatus üldiselt 50 kW-ni kapi kohta ja traditsiooniline õhkjahutustehnoloogia ei saa enam hakkama! Protsessori jõudluse maksimeerimiseks on vaja suuremat jahutustõhusust.

 

Samal ajal on Hiina projekti "Eastern Data, Western Computing" algatamine ja süsinikdioksiidi kaks eesmärki pannud tööstuse rohkem tähelepanu pöörama energia säästmisele, heitkoguste vähendamisele ja kvaliteetsele arengule. Andmekeskuste energiakasutuse efektiivsusele (PUE) on seatud rangemad tehnilised nõuded: äsja ehitatud suurte ja ülisuurte andmekeskuste keskmist PUE-d kogu riigis vähendatakse alla 1,3 ja riiklikul tasemel veelgi alla 1,25. rummu sõlmed.

 

Vedeljahutus vastab turu kulutasuvuse ja poliitikajuhiste vajadustele paljudes aspektides, sealhulgas majanduslik tõhusus ja jahutusvõime, muutes selle nii väga väärtuslikuks kui ka majanduslikult kasulikuks. CCID Consultingu andmetel peaks Hiina vedelikjahutusega IDC turg 2025. aastaks ületama 120 miljardit jüaani, kasvumäär on üle 30% ja levik on praegu umbes 20%. Nõudlus vedelikjahutuse järele kasvab märkimisväärselt ja turuväljavaated on paljulubavad.

 

 

Ⅳ Vedeljahutusserverite tööstuskett

 

1. Panoraam vedelikjahutustööstusest

Vedeljahutusega serverite tööstus hõlmab palju enamat kui lihtsalt vedelikjahutusega servereid; kogu tööstusahel on pikk, laiade alamvaldkondade ja paljude osalevate osalejatega, mis teeb sellest kapitalimahukaks tööstusharuks.Vedeljahutustehnoloogia on praegu kiires arengujärgus ja kui asjaomastel tegijatel on rahastamisel või klientide hankimisel eeliseid, võivad nad luua turule sisenemisel teatud tõkkeid.

 

Erinevate alamvaldkondade ettevõtted imbuvad järk-järgult oma põhieelistele seotud valdkondadesse, luues oma ökosüsteeme. Vastavalt taristu jaotus rakendustele võib vedelikjahutusega andmekeskuste tööstuse jagada kolmeks suureks alamvaldkonnaks: vedelikjahutuse infrastruktuur, kesktööstus ja tööstusrakendused.

 

Vedeljahutuse infrastruktuuri sektor pakub olulisi seadmeid ja vahendeid vedelikjahutusega andmekeskuste ehitamiseks. See on jagatud alamvaldkondadeks, nagu vedelikjahutuskapid, jahutusvedelik, jahutussüsteemid, toitesüsteemid, võrgusüsteemid ja andmekeskuste infrastruktuuri haldussüsteemid. Need alamvaldkonnad tarnivad peamiselt serveri tööks vajalikke seadmeid, tarkvarasüsteeme ja külmutusaineid. Lisaks hõlmab infrastruktuuri sektor ehitustöövõtjaid, võrguettevõtjaid ja elektritarnijaid. Eelnimetatud seadmete ja rajatiste ehitamise ja paigaldamise eest vastutavad ehitusettevõtjad, põhivõrgu juurdepääsu tagavad võrguettevõtjad ning seadmete tööks vajaliku elektrienergia tarnijad. Need alad pakuvad andmekeskustele suhteliselt lihtsat väliskeskkonda.

 

Keskmise tööstusharu hulka kuuluvad serveritootjad, andmekeskuste hostimise pakkujad ja mõned uued tulijad. Serveritootjad uurivad, kavandavad ja toodavad vedelikjahutuskeskkondadesse sobivaid servereid või toodavad otse külmplaadiga vedelikjahutusega servereid. Andmekeskuste hostimise pakkujad ehitavad ja käitavad andmekeskusi, kasutades ära oma eeliseid, et integreerida infrastruktuurisektori ressursse ja pakkuda rakenduste kasutajatele serverimajutusteenuseid. Kuna andmekeskused arenevad kiiresti, on vedelikjahutusega andmekeskuste valdkonda sisenemas uusi ettevõtteid.

 

Andmekeskuse rakenduste kasutajad jagunevad peamiselt kolme alamvaldkonda: pilvandmetöötlus ja pilvandmetöötluse võimsus, internet ja plokiahel ning teised kasutajad. Nad on andmekeskuste peamised kasutajad. Pilvandmetöötlus ja pilvandmetöötluse energiatarnijad teenivad tulu, pakkudes klientidele paindlikku andmetöötlusvõimsuse jaotamist ja ajastamist virtualiseerimise kaudu. Mõned suuremad Interneti- ja plokiahelaettevõtted ehitavad andmekeskusi sageli otse koostöös andmekeskuste operaatoritega, samas kui teised kasutajad hostivad või rendivad serverit või andmekeskuse operaatoritelt andmevõimsuse ressursse.

 

2. Ülevaade vedelikjahutustööstusest

Võrreldes õhkjahutusega pakub vedelikjahutustehnoloogia eeliseid kõrge stabiilsuse ja kõrge jahutuse efektiivsuse poolest. Laiaulatuslikust rakenduse vaatenurgast näitab vedelikjahutus järk-järgult oma majanduslikke eeliseid, kui võimsustihedus ületab 15 kW kapi kohta. VastavaltUPS-i rakendusajakirja, vedelikjahutusega serverite protsessori südamiku temperatuur võib olla 20-30 kraadi madalam kui õhkjahutusega süsteemide maksimaalne temperatuur, mis parandab oluliselt töökindlust.

 

Inteli valge paber,Rohelise andmekeskuse innovatsioonipraktika – külmplaadi vedelikjahutussüsteemi projekteerimise viide, näitab, et õhkjahutusega andmekeskused suudavad tavaliselt hallata kuni 12 kW võimsusega kappide jahutust. Üle 15 kW võimsusega kappide puhul on olemasolevad õhkjahutusega andmekeskused saavutanud õhukonvektsioonjahutuse võimekuse lae. Vedeljahutustehnoloogia, mis tagab tugevama jahutusvõime, võib toetada suuremat võimsustihedust.

 

Võrreldes õhkjahutuslahendustega toob AIGC ja algatuste "Eastern Data, Western Computing" ajend vedelikjahutuse poole paratamatult kaasa nii andmekeskuse temperatuuri reguleerimise turu mahu kui hinna tõusu. Vedelikjahutusega serveritööstus järgib kolme tehnoloogilist teed: külmplaat, sukeldus ja pihustusjahutus.Cold Plate Liquid Cooling hõlmab jahutusmeetodit, kus jahutusvedelik ei puutu otseselt kokku serveri soojust tekitavate komponentidega.

 

▲ Külmplaadi jahutus

 

▲ Pihustusvedeliku jahutussüsteem

 

▲ Ühefaasiline vedelikkummutusjahutus

 

▲ Kahefaasiline jahutus

 

Selle asemel on peamised soojust tekitavad komponendid kinnitatud külmaplaadi külge, kusjuures jahutusvedelik ringleb soojuse eemaldamiseks külmaplaadi sisemises vedeljahutussüsteemis. Soojusvahetuse võimekuse suurendamiseks tuleb soojusvahetusala maksimeerida, mistõttu peab külmplaat olema võimalikult tihedalt ühendatud serveri soojust tootvate komponentide pinnaga. Ebakorrapärase kujuga soojust tekitavaid komponente on seda meetodit kasutades raske jahutada. Külmplaadi jahutamiseks sobivad vaid suhteliselt korrapärase kujuga laastud.

 

See on külmplaadi vedelikjahutuslahenduste jaoks oluline probleem: ligikaudu 30% serveri soojusest, mida toodavad muud komponendid, nagu salvestusruum, mälu ja toiteallikad, vajab endiselt traditsioonilist õhkjahutust. Selle tulemuseks on vajadus kahe jahutussüsteemi samaaegseks kasutamiseks külmplaadi vedelikjahutuse lahendustes, suurendades nii kulusid kui ka tegelikku süsteemi PUE-d. Praegune külmplaadilahendus on suhteliselt küps, tugeva kaubandusliku vundamendiga ja seda on juba kasutatud arvukalt kaubanduslikke rakendusi.

 

▲ Külmplaadi vedelad jahutuslahused

 

Immersion Liquid Cooling tähendab serveriseadmete täielikku sukeldamist jahutusvedelikku, kus jahutamine saavutatakse jahutusvedeliku ja soojust tekitavate komponentide vahelise otsese kontakti kaudu. Selle meetodi puhul uputatakse serveri soojust genereerivad komponendid täielikult jahutusvedelikku, võimaldades piisavat kontakti jahutusvedelikuga, mis kannab pidevalt tekkinud soojust ära, jahutades seeläbi serverit. Sukeljahutus pakub suuremat jahutustõhusust, mis võib suurendada võimsustihedust kapi kohta rohkem kui kolm korda. Eeldatakse, et 2025. aastaks moodustab see enam kui 40% turust, kusjuures vedelikjahutusega täielikult sukeldatud serveritest saab tõenäoliselt tulevane tehnoloogiline trend.

 

▲ Sukeldatud vedelikjahutus

 

Spray Cooling Liquid Cooling System on otsekontaktiga vedelikjahutustehnoloogia, mis on loodud jahutusvedeliku täpseks pihustamiseks serverite soojust tekitavatele komponentidele. Jahutusvedelik kantakse otse soojust tootvatele seadmetele või nendega ühendatud tahketele soojust juhtivatele materjalidele kas raskusjõu või süsteemi rõhu abil. See protsess võimaldab soojusvahetust serveri jahutamiseks. Soojusvahetuse ajal hoitakse jahutusvedeliku taset serveris allpool soojust tekitavaid komponente või nendega ühendatud tahkeid soojusjuhtivaid materjale. Süsteem kasutab jahutusvedeliku jahutamiseks ja taaskasutamiseks väliseid soojusvahetusseadmeid.

 

 

3. Vedeljahutuse turu maastik

Kõrgetasemelise tehnoloogiana hõlmab vedelikjahutus mitmeid valdkondi ja valdkondi, millel on kõrged tehnilised tõkked.

Praegu on vedelikjahutustehnoloogia kasutuselevõtt kodumaiste ja rahvusvaheliste andmekeskuste taristutootjate seas suhteliselt madal ning vähesed ettevõtted valdavad seda tehnoloogiat.

 

Mitmed ettevõtted nii riigis kui ka rahvusvaheliselt on aga hakanud oma klientidele pakkuma kohandatud vedelikjahutuslahendusi ning mõned tehnoloogiaettevõtted ehitavad ja võtavad järk-järgult kasutusele oma vedelikjahutusega andmekeskused. Sellele vaatamata on vedelikjahutustehnoloogia kasutuselevõtt andmekeskuste taristutootjate seas endiselt madal ja turg ei ole veel näinud domineerivate liidrite esilekerkimist, mis jätab konkurentsimaastiku endiselt ebakindlaks.

 

Hiina turul on mõned ettevõtted aastatepikkuse tehnoloogilise akumulatsiooni ja kogemuse kaudu näidanud olulisi tehnilisi ja turueelisi ning tulevikus on oodata, et turul domineerivad juhtivad ettevõtted, mis moodustavad konkurentsimaastiku, kus suurtel osalejatel on märkimisväärne turuosa. .

 

4. Kiibi tasemel vedelikjahutus

Vedelikjahutusseadmete ja soojusallikate, näiteks laastude, vahelise kauguse vähendamine on oluline suundumus. Tulevikus eeldatakse, et jahutus areneb ruumi tasemelt, kapitasandilt ja serveri tasemelt kiibi tasemele, saavutades parema kiibi jahutuse jahutuskomponentide ja kiibi pinna vahelise otsese kontakti kaudu. Vedelikjahutid hajutavad soojust, juhtides vedelikuvoolu ja radiaatori sisepinna vahelise hõõrdumise kaudu eemale suurel hulgal soojust. Võrreldes tavaliste õhkjahutussüsteemidega võib vedelikjahutus oluliselt parandada jahutuse efektiivsust. Praegu jaguneb vedelikjahutustehnoloogia peamiselt kaudseks ja otseseks tüübiks.

 

Viimase järgiHiina poolaasta vedelikjahutusega serverite turu (2022. aasta teine ​​pool) jälgimineRahvusvahelise Data Corporationi (IDC) avaldatud aruande järgi jõudis Hiina vedelikjahutusserverite turg 2022. aastal 1,01 miljardi dollarini, mis tähendab 189,9% kasvu aastaga võrreldes. IDC ennustab, et aastatel 2022–2027 ulatub Hiina vedelikjahutusserverite turu aastane kasvumäär 56,6%ni, kusjuures turu suurus peaks 2027. aastaks ulatuma 9,5 miljardi dollarini, mis näitab vedeljahutustööstuse helget tulevikku!

 

 

▲ Vedelikjahutusega serverite turu prognoos Hiinas aastatel 2023–2027