Istraživanje industrije tekućinskog hlađenja za poslužitelje

 

IDC je tipična industrija s visokom potrošnjom energije i suočava se s ograničenjima politike potrošnje energije. Razvijene regije uvele su politike ograničenja potrošnje energije, a potrošnja energije IDC-a uglavnom je koncentrirana na hlađenje. Potrošnja toplinske energije AI poslužitelja više je od pet puta veća od potrošnje običnih poslužitelja, što zahtijeva učinkovitije hlađenje tekućinom za postizanje hlađenja i smanjenje razine PUE.

 

Potaknuta Nvidijom i domaćim operaterima, stopa penetracije tekućeg hlađenja (hladna ploča) u poslužiteljima premašit će 10% 2024. godine, ulazeći u fazu brzog rasta. Očekuje se da će stopa prodora domaćeg tekućeg hlađenja dosegnuti 30% do 2028., s veličinom tržišta od preko 20 milijardi RMB.

 

Najvrjednije komponente u sustavu za hlađenje tekućinom su ploče i cijevi za hlađenje tekućinom. Procjenjuje se da će domaće tržište iznositi oko 10 milijardi RMB do 2028. Budući da tehničke prepreke proizvoda nisu visoke, tvrtke koje rano uđu na tržište i uspostave partnerstva s proizvođačima osnovnih čipova i poslužitelja imat će značajne prednosti.

 

Tvrtke u opskrbnom lancu Nvidia i Huawei imat će bolje mogućnosti ulaganja, s posebnim osvrtom na Inovance Technology, Gaolan Co., Ltd., Jingyan Technology i Siquan New Materials.

 

 

I AI poslužitelji/IDC-ovi zahtijevaju sustave tekućeg hlađenja

 

1) Velika potrošnja energije AI poslužitelja zahtijeva hlađenje tekućinom

Standardni CPU poslužitelj dimenzija 4U (737 mm × 437 mm × 178 mm) obično troši oko 800 W energije, s toplinskom snagom od približno 200 W, što odgovara 50 W/U toplinske snage po jedinici prostora. Nasuprot tome, AI poslužitelj opremljen s 8 GPU čipova u istom formatu veličine ima ukupnu potrošnju energije od oko 5 KW i toplinsku snagu od oko 1000 W, što odgovara 250 W/U toplinske snage po jedinici prostora, što je otprilike četiri puta više od običan server. Maksimalna disipacija snage tipičnog 4U poslužitelja sa zračnim hlađenjem je 600 W, daleko ispod zahtjeva za rasipanjem topline od 1000 W poslužitelja s umjetnom inteligencijom, zbog čega je potrebno hlađenje tekućinom.

 

▲ Potrebe za disipacijom topline AI poslužitelja su oko 5 puta veće od običnih poslužitelja

 

2) IDC-ovi AI poslužitelja moraju koristiti sustave tekućeg hlađenja

Da bi se održala temperatura sobe poslužitelja između 20-25 stupnjeva, opći IDC poslužitelja koji koristi zračno hlađenje može postići minimalni PUE od 1,3, jedva ispunjavajući zahtjeve politike. Međutim, AI server IDC koji koristi zračno hlađenje može postići samo PUE od 1,6. Prema tome, samo korištenjem sustava tekućeg hlađenja PUE poslužiteljske sobe može se održati ispod zahtijevanog 1.3.

 

▲ Usporedba različitih rashladnih rješenja

 

Prema najnovijim informacijama o industrijskom lancu, Nvidia će u potpunosti usvojiti tekuće hlađenje počevši od B100 i lansirat će potpuno prilagođeno rješenje tekućeg hlađenja 2024. godine, značajno ubrzavajući razvoj poslužitelja hlađenih tekućinom.

 

 

II Ploče za hlađenje tekućinom/Cevi za hlađenje tekućinom

 

1) Optimiziranje upravljanja toplinom s pločama za tekuće hlađenje

Tekuće rashladne ploče neizravno prenose toplinu s komponenti koje stvaraju toplinu na rashladnu tekućinu koja cirkulira unutar zatvorenog sustava putem hladne ploče, koja je obično izrađena od toplinski vodljivih metala poput bakra ili aluminija. Rashladna tekućina zatim odnosi toplinu. Postoje četiri ključna tehnička zahtjeva za kvalitetu ploča za tekuće hlađenje: prvo, visok kapacitet hlađenja; drugo, visoka pouzdanost koja osigurava brtvljenje hladne ploče; treće, precizan dizajn disipacije topline kako bi se izbjegle velike temperaturne razlike unutar sustava; i četvrto, stroga kontrola težine hladne ploče kako bi se spriječilo da rashladni sustav značajno smanji gustoću energije cjelokupnog sustava.

 

Ploče za tekuće hlađenje proizvode se procesima strojne obrade, što omogućuje slobodno dizajniranje unutarnjih dimenzija kanala i putanja. To ih čini prikladnima za proizvode za upravljanje toplinom s velikom gustoćom snage, nepravilnim rasporedom izvora topline i prostornim ograničenjima. Uglavnom se primjenjuju u dizajnu rashladnih proizvoda za pretvarače energije vjetra, fotonaponske pretvarače, IGBT-ove, kontrolere motora, lasere, izvore napajanja za pohranu energije, servere superračunala i druga područja, ali se rjeđe koriste u sustavima energetskih baterija.

2) Hlađenje tekućinom s hladnom pločom glavno je rješenje

 

 

▲ Hladna ploča i rješenja za uranjanje tekućine za hlađenje

 

Postoje dva glavna rješenja za hlađenje tekućinom: hladna ploča i uranjanje. Rješenje s hladnom pločom koristi šuplju ploču za hlađenje tekućinom pričvršćenu na CPU i GPU površine. Toplinu odnosi rashladna tekućina koja teče unutra, smanjujući IDC-ov PUE na 1,2. Rješenje za uranjanje izravno uranja cijeli server u posebnu izoliranu tekućinu za hlađenje, uklanjajući toplinu kroz cirkulaciju tekućine. Ova metoda može postići PUE manji od 1,1 i uglavnom se koristi za superračunala s izuzetno velikom gustoćom snage. Očekuje se da će hlađenje tekućinom s hladnom pločom postati glavno rješenje za hlađenje tekućinom u budućnosti, čineći više od 90% upotrebe sustava za hlađenje tekućinom.

 

3) Ploče za hlađenje tekućinom i cijevi za hlađenje tekućinom

 

 

▲ Shema sustava hladnog hlađenja tekućinom

 

Sustav tekućeg hlađenja s hladnom pločom sastoji se od tri glavna dijela: unutarnjeg sustava za provođenje topline kućišta poslužitelja (ploče i cijevi za hlađenje tekućinom), vanjskog cirkulacijskog sustava kućišta (pumpe, ventili, cijevi) i vanjskog sustava za izmjenu topline. poslužiteljske sobe (rashladni tornjevi, itd.). Među njima, sustav za izmjenu topline i rashladni tornjevi smatraju se uobičajenom elektromehaničkom opremom i imaju malu vrijednost. Stoga je vrijednost sustava za hlađenje tekućinom uglavnom koncentrirana na pločama za hlađenje tekućinom i cijevima unutar šasije.