Kas vedelikjahutus on AI-serverite ülim jahutuslahendus?

 

I Traditsiooniline õhkjahutus on ülekoormatud; Tekib vedelikjahutuse tehnoloogia

 

AI kolm tugisammast on kiibid, arvutusvõimsus ja algoritmid. Kiibid ja arvutusvõimsus on tootlikkuse tegurid ning erakordse arvutusvõimsuse saavutamiseks otsivad inimesed pidevalt kiiremaid protsessoreid ja tõhusamat riistvara. Kuna tehisintellekti arvutusvõimsus suureneb ning protsessorite ja graafikaprotsessorite jõudlus paraneb, suureneb kiibi energiatarve ja soojuse tootmine vastavalt. Näiteks NVIDIA H200 seeria GPU-kiipide TDP (Thermal Design Power) on kuni 700 W.

 

Traditsioonilisel õhkjahutusel on oma piirid. Õhkjahutuse põhimõte on lasta õhul voolata üle jahutusradiaatorite pinna, et soojust hajutada. Praegu suudavad turu parimad õhujahutid taluda kuni 275W võimsust. Traditsiooniline õhkjahutus ei vasta enam tavaliste AI-serverite jahutusnõuetele.

 

Tekkinud on vedelikjahutuse tehnoloogia. Vedeljahutuse põhimõte seisneb selles, et serveris ringleb vedel jahutusvedelik, mis neelab soojusvahetuse kaudu soojust tootvatest komponentidest soojust. Vedeljahutus pakub suuremat jahutustõhusust ja võimaldab jahutusvedeliku täpset juhtimist erinevate töökeskkondadega kohanemiseks, kuigi sellega kaasnevad suuremad kulud.

 

Vedeljahutus on pälvinud ametliku tunnustuse. 2023. aasta juunis avaldasid Hiina kolm suuremat telekommunikatsioonioperaatorit ühiselt „Valge raamat telekommunikatsioonioperaatorite vedelikjahutustehnoloogia kohta (2023), milles reklaamitakse selgelt kahte tehnilist teed: külmplaadi vedelikjahutus ja ühefaasiline sukelvedelikjahutus. Nad kirjeldasid ka reklaamiplaani 2023-2025 jaoks:

 

▲ Edutamisplaan 2023-2025

 

 

II Mis on vedelikjahutus?

 

Vedelikjahutus on jahutusmeetod, mis kasutab jahutusvedelikuna vedelikku andmekeskustes asuvate IT-seadmete sisemiste komponentide tekitatud soojuse ülekandmiseks väljapoole, tagades IT-seadmete soojust tekitavate osade töötamise ohutus temperatuurivahemikus. Peamised vedelikjahutuslahendused jagunevad peamiselt külmplaadi- ja sukeldustüüpideks. Sukeldatud vedelikjahutuse saab veelgi jagada faasimuutusega ja faasimuutuseta sukeljahutuseks, olenevalt sellest, kas jahutusvedelik läbib faasimuutuse.

 

▲ Vedelikjahutustehnoloogia

 

Külmplaadi vedelikjahutus töötab hea soojusjuhtivusega metallidest, nagu vask või alumiinium, valmistatud jahutusradiaatori abil. Komponentide tekitatud soojus kandub jahutusradiaatoris olevale vedelale jahutusvedelikule, mis seejärel kannab soojuse ära.

 

Sukeldatud vedelikjahutus on otsekontaktne vedelikjahutusmeetod, kus IT-seadmed, nagu serverid (sh CPU-d, mälu, I/O jne), on täielikult jahutusvedelikus sukeldatud. Jahutamine toimub vedeliku ringluse kaudu. Kiiresti arenev faasimuutusega sukeljahutustehnoloogia jahutab soojust tekitavaid komponente, põhjustades jahutusvedeliku aurustumist ja seejärel kondenseerides auru uuesti vedelaks. See meetod pakub suuremat jahutustõhusust ja madalamat müra.

 

 

III Kas kõik serverijahutuslahendused tuleks asendada vedelikjahutusega?

 

Ilmselgelt mitte. Andmekeskuse jahutusmeetodid hõlmavad nii sundõhkjahutust kui ka vedelikjahutust. Kuigi õhkjahutustehnoloogia on suhteliselt küps, on vedelikjahutus uuem nõue, mis on tingitud andmekeskuste suurenenud jahutusvajadustest viimastel aastatel.

 

Praegu on andmekeskustel peamiselt kolm jahutuslahendust:

1. Uute andmekeskuste projekteerimine, mis põhinevad ainult vedelikjahutusel, luues väiksemaid ja tõhusamaid andmekeskusi tohutu arvutusvõimsusega.

2. Andmekeskuste projekteerimine, mis kasutavad peamiselt õhkjahutust, kuid sisaldavad vedelikjahutuse võimalusi, et lihtsustada tulevasi üleminekuid.

3. Andmekeskuse operaatorid integreerivad vedelikjahutuse olemasolevatesse õhkjahutusega rajatistesse, muutes sageli õhkjahutussüsteemid osaliselt vedelikjahutuseks.

 

▲ Soovitatavad jahutusmeetodid erinevat tüüpi andmekeskuste jaoks

 

 

 

IV Millised väljakutsed seisavad silmitsi vedelikjahutusega?

 

1. Kuluprobleemid

Vedelikjahutussüsteemide maksumus sisaldab kõrgeid materjalikulusid (jahutusvedelik, jahutusradiaatorid, torustik jne), aga ka projekteerimise ja valmistamise keerukust, kõrgeid paigaldus- ja hoolduskulusid ning suuremate investeeringute vajadust kõrge töökindluse saavutamiseks.

 

2. Usaldusväärsuse küsimused

 

Stabiilsus:Vedela jahutusvedeliku keemiline stabiilsus võib olla ebapiisav, mis võib põhjustada lagunemist, oksüdeerumist või kahjulike ainete teket kasutamise ajal, mis mõjutab jahutusefekti ja süsteemi stabiilsust.

 

Leke:Vedelikulekke, torujuhtme ummistumise või muude vahejuhtumite korral ei pruugi olemasolevad kaudsed vedelikjahutussüsteemid rikkeid õigeaegselt tuvastada, mis seab ohtu serveri turvalisuse.

 

Ühilduvus:Mõned andmekeskuse seadmed ei pruugi vedelikjahutussüsteemide jaoks sobida, vajades täiendavat kohandamist ja muutmist.

 

 

V Mis on vedelikjahutuse tootmisharud?

 

Vedelikjahutuse tööstuse ökosüsteem hõlmab ülesvoolu komponentide tarnijaid, keskmise vooluga vedelikjahutusega serverite pakkujaid ja allavoolu arvutusvõimsuse kasutajaid, keskendudes külmplaadi- ja sukelvedeliku jahutussüsteemidele.

 

▲ Külmplaadi vedelikjahutussüsteemi põhimõte

 

▲ Sukeldusvedeliku jahutussüsteemi põhimõte

 

 

1. Ülesvoolu

 

▲ Külmplaadi vedelikjahutussüsteemist ülesvoolu
 

Külmplaadi vedelikjahutussüsteem koosneb peamiselt CDU-st, külmaallikast, jahutusvedelikust, vedelikjahutustorustikust ja vedelikjahutuskapist. Sukelvedeliku jahutussüsteem koosneb peamiselt CDU-st, külmaallikast, vedelikjahutustorustikust, sukelduskambrist, IT-seadmetest ja jahutusvedelikust.

 

Jahutusjaotusseade (CDU)

CDU-d kasutatakse soojusvahetuseks sekundaarse külje kõrge temperatuuriga jahutusvedeliku ja primaarse külje külmaallika vahel, pakkudes jahutusjaotust vedelikjahutusega IT-seadmetele ning haldades temperatuuri, rõhu ja vooluhulga jälgimist. Sellel on sellised funktsioonid nagu soojusvahetus, tsirkulatsioon, jahutusvedeliku puhastamine ja vedeliku säilitamine. CDU koosneb peamiselt soojusvahetist/kondensaatorist, tsirkulatsioonipumbast, filtrist, vedelikumahutist ja tarvikutest (ventiilid, torustikud, pistikud, andurid jne).

 

Külm allikas

Vedeljahutussüsteemi välisõhu külmaallika saab valida kuivjahutite, suletud jahutustornide või jahutite tingimuste alusel.

 

Vedelikjahutustorud

Torustik on vajalikud komponendid, mis ühendavad soojusvahetuse külmplaati, jahutusjaotusseadet, soojusvahetusseadet ja välist külmaallikat. Üldjuhul võib tsirkulatsioonitorustikud jagada otseühenduse (asünkroonne) ja silmusühenduse (sünkroonne) tüüpideks vastavalt nende erinevatele ühendusviisidele.

 

Jahutusvedelik

Levinud jahutusvedelikud külmplaadisüsteemides on vesi, etüleenglükool, propüleenglükool jne. Nendel jahutusvedelikel on kõrge erisoojusvõimsus ja madal viskoossus, mis võimaldab neil kiiresti absorbeerida seadmete tekitatud soojust ja viia see hajutamiseks üle soojusvahetisse.

 

Levinud sukeljahutusvedelikud (isoleerivad) hõlmavad mineraalõlisid, fluorosüsivesinike ühendeid jne. Nende hulgas saab faasimuutusjahutuses kasutada ainult mittesüttivaid fluorosüsivesinike ühendeid. Jahutusvedeliku ja erinevate komponentide materjalide ühilduvus on üks võtmetegureid, mis mõjutab sukelfaasivahetusvedeliku jahutussüsteemi toimimist.

 

Praegu on sukelfaasimuutusjahutuse jaoks saadaval vähe fluoritud vedelikke, mille peamine tarnija on 3M. Hiina sukelvedelikjahutus on alles lapsekingades.

 

Suletud kamber

Kambrit kasutatakse faasimuutuse jahutusvedeliku hoidmiseks. Kamber peab olema suletud külmplaadi, torustike, pistikute ja muude osade juurest, et tagada ohutus ilma lekketa, tagades sellega toite- ja signaaliedastuse terviklikkuse ning andmekeskuse ohutuse. Seetõttu on vaja kohandatud tihenduskomponente, nagu kummitihendid, vedeliku väljalaskepistikud, toitepistikud, signaalipistikud jne.

 

Vedeljahutuskapp

Vedelikjahutuskapp koosneb peamiselt vedelikjahutusplaadist, kollektorist, torujuhtmetest, pistikutest, kiirühendustest, vedelikujaoturist ja valikulisest kompressorist.

 

Vedelikjahutusplaat toimib soojusülekandeseadmena, mis on samaväärne jahutussüsteemi aurustiga ja on külmutussüsteemi jaoks loodud võtmetehnoloogia. Tavaliselt koosneb see katteplaadist, ribidest, alusplaadist ja tihendist.

Kollektor on seade, mis ühendab jahutusjaotusseadme vedelikjahutusserveri külmplaadiga. Tavaliselt kappi sisse ehitatud, jaotab see ühtlaselt jahutusvedeliku voolu igale külmaplaadi kihile ja kogub jahutusvedeliku pärast soojuse neelamist, saates selle ühendustorude kaudu jahutusjaotusseadmesse.

 

Kiirkonnektor koosneb põhikorpusest ja otsaklemmist. Põhikorpus on vedeliku kiirpistiku ühendamise ja tihendusfunktsioonide täitmiseks esmane seade, samas kui otsaklemm toimib paigalduspordina vedeliku kiirpistiku paigaldamiseks ja kinnitamiseks.

 

Juhtimissüsteem

Juhtsüsteem jälgib ja reguleerib jahutussüsteemi tööd, sealhulgas temperatuuri- ja rõhuandureid, mis mõõdavad soojuse hajumist ja reguleerivad pumba kiirust või jahutusvedeliku voolukiirust.

 

Filtreerimis- ja puhastusseadmed

Filtreid kasutatakse prahi ja osakeste eemaldamiseks vedelast jahutusvedelikust, tagades süsteemi jõudluse ja pikaealisuse. Sellised meetodid nagu UV-steriliseerimine või keemiline töötlemine võivad jahutusvedelikku puhastada.

 

2. Keskvool

Keskvool koosneb peamiselt vedelikjahutussüsteemidest, kus põhikomponendid, nagu radiaatorid, pumbad, torud ja jahutusvedelikud, on integreeritud ühte süsteemi. Need ettevõtted nõuavad teatud tasemel tehnilisi teadmisi ja tootmisvõimsust, et tagada toote kvaliteet ja jõudlus.

 

3. Allavoolu

Arvutusvõimsuse allkasutajate hulka kuuluvad andmekeskused, superarvutid, AI-serverid, elektroonikaseadmed, uued energiasõidukid, laserid, inverterid ja muud tööstusseadmed. Vedelikjahutustehnoloogiat kasutatakse isegi kosmosetööstuses. Tänu tõhusatele jahutusomadustele kasutatakse vedelikjahutusega andmekeskusi ja nende infrastruktuuri peamiselt suure jõudlusega andmetöötluse valdkondades. Praegu hõlmavad vedelikjahutustehnoloogiat kasutavad tööstusharud internetti, rahandust, telekommunikatsiooni, energeetikat, bioloogiat ja tervishoidu.

 

Nende hulgas on Internet vedelikjahutusega andmekeskuste põhiklient, millel on märkimisväärne andmenõudlus, lai kasutajabaas ja suured ärimahud. Andmekeskuste arvutusvõimsuse nõuded on kõrged, ühe kapi võimsustihedus ületab 10 kW.

 

 

VI Millises etapis on vedelikjahutuse industrialiseerimine?

 

Praeguseks on vedelikjahutusega andmekeskuste erinevad valideerimised valdavalt lõppenud ning järgmise kolme aasta jooksul toimub vedelikjahutuse tehnoloogia ulatuslik laienemine. Tehnilisel poolel jääb külmplaatjahutus turul peamiseks vedelikjahutuse lahenduseks; tööstusarengu rindel on tööstuses üksmeelseks saanud täieliku virna tarnemudel infrastruktuurist tehisintellekti seadmeteni; Kliendirindel on interneti- ja telekommunikatsioonisektorid, kaks suurimat andmekeskuste tööstuse rakenduste klienti, näidanud vedelikjahutustehnoloogia positiivset tunnustust.

 

Asjaomaste tööstusettevõtete avaldatud 2023. aasta poolaastaaruande kohaselt on nende vedelikjahutusega andmekeskused kogunud üle 260 MW võimsust, hõlmates mitmeid tööstusharusid, nagu tehnoloogia, energeetika, valitsus, rahandus ja internet.

 

 

VII Kui suur on tehisintellekti vedelikjahutuse turg?

 

Caitong Securitiesi andmetel kasvab Hiina vedelikjahutusega andmekeskuste turu suurus 6,999 miljardilt jüaanilt 2022. aastal enam kui 35,877 miljardi jüaanini 2025. aastal, kusjuures tehisintellekti andmekeskuse vedeljahutuse turu suurus suureneb 5,552 miljardilt jüaanilt 2022. aastal. 2025. aastal 27,964 miljardit jüaani, mis tähendab 76,2% aastase liitkasvu määra. Toodete klassifikatsiooni põhjal eeldatakse, et sukelvedelikuga jahutustooted, millel on suurem jahutusefektiivsus ja võime tõhusalt vähendada andmekeskuste PUE-d (Power Usage Effectiveness), saavutavad suurema turuosa, kasvades 2019. aasta 18%lt (külmaga). plaatvedeliku jahutustooted, mis moodustavad 82%) 2025. aastal 41%-ni.

 

Kuna turg nõuab andmekeskuste taristu suuremat jahutust ja energiatõhusust, prognoosib tööstus, et vedelikjahutustoodete levik ulatub 2025. aastaks 20%-ni, kusjuures turuosa kasvab pidevalt. Vaikselt läheneb AI vedelikjahutusega serverite suuremahuliste rakenduste kevad!

 

 

VIII Mis on tuntud vedelikjahutusettevõtted?

 

Ülemere külmplaadi vedelikjahutuse turu peamised tegijad on IBM, CoolIT Systems, Asetek ja Motivair, samas kui sukelvedeliku jahutuse turu peamised tegijad on GRC, LiquidStack ja Midas.