Rannsóknir á vökvakæliiðnaði fyrir netþjóna

 

IDC er dæmigerður iðnaður með mikla orkunotkun og stendur frammi fyrir stefnumörkun í orkunotkun. Þróuð svæði hafa kynnt stefnu um takmarkanir á orkunotkun og orkunotkun IDC beinist aðallega að kælingu. Hitaorkunotkun gervigreindarþjóna er meira en fimmföld á við venjulega netþjóna, sem krefst skilvirkari vökvakælingar til að ná kælingu og draga úr PUE stigum.

 

Knúið áfram af Nvidia og innlendum rekstraraðilum mun skarpskyggnihraði fljótandi kælingar (kalt plata) í netþjónum fara yfir 10% árið 2024 og fara inn í ört vaxtarstig. Gert er ráð fyrir að innlend vökvakælingarhlutfall nái 30% árið 2028, með markaðsstærð yfir 20 milljarða RMB.

 

Verðmætustu íhlutirnir í fljótandi kælikerfi eru fljótandi kæliplötur og rör. Áætlað er að innanlandsmarkaðurinn verði um 10 milljarðar RMB árið 2028. Þar sem tæknilegar hindranir vörunnar eru ekki miklar munu fyrirtæki sem koma snemma inn á markaðinn og stofna til samstarfs við framleiðendur kjarnakubba og netþjóna hafa umtalsverða kosti.

 

Fyrirtæki í aðfangakeðju Nvidia og Huawei munu hafa betri fjárfestingartækifæri, með sérstaka athygli á Inovance Technology, Gaolan Co., Ltd., Jingyan Technology og Siquan New Materials.

 

 

I AI Servers/IDCs þurfa fljótandi kælikerfi

 

1) Mikil orkunotkun gervigreindarþjóna krefst vökvakælingar

Venjulegur örgjörvaþjónn með stærðina 4U (737mm × 437mm × 178mm) eyðir venjulega um 800W af afli, með hitaafköst upp á um það bil 200W, sem samsvarar 50W/U af varmaafköstum á hverja einingu. Aftur á móti hefur gervigreind miðlari sem er búinn 8 GPU flögum í sama stærðarsniði heildarorkunotkun um það bil 5KW og hitaafköst um 1000W, sem samsvarar 250W/U af varmaafköstum á hverja einingu, sem er um það bil fjórfalt það sem venjulegur server. Hámarksaflnotkun dæmigerðs 4U loftkælds netþjóns er 600W, langt undir 1000W hitadreifingarkröfum gervigreindarþjóns, sem gerir vökvakælingu nauðsynlega.

 

▲ AI miðlara hitaleiðniþörf er um það bil 5 sinnum meiri en venjulegir netþjónar

 

2) AI Server IDCs verða að nota fljótandi kælikerfi

Til að viðhalda stofuhita netþjóns á milli 20-25 gráður getur almennur IDC netþjónn sem notar loftkælingu náð lágmarks PUE 1,3 og uppfyllir varla reglur kröfur. Hins vegar getur gervigreind miðlari IDC sem notar loftkælingu aðeins náð PUE upp á 1,6. Þess vegna, aðeins með því að nota fljótandi kælikerfi, er hægt að halda PUE miðlaraherbergisins undir nauðsynlegum 1.3.

 

▲ Samanburður á ýmsum kælilausnum

 

Samkvæmt nýjustu upplýsingum um iðnaðarkeðju mun Nvidia að fullu samþykkja fljótandi kælingu frá og með B100 og mun setja af stað fullkomlega sérsniðna fljótandi kælilausn árið 2024, sem flýtir verulega fyrir þróun vökvakælda netþjóna.

 

 

II Vökvakæliplötur/vökvakælirör

 

1) Fínstilla hitastjórnun með fljótandi kæliplötum

Fljótandi kæliplötur flytja varmann frá hitamyndandi íhlutum óbeint til kælivökvans sem streymir innan lokaðs hringrásarkerfis í gegnum kalda plötuna, sem er venjulega gerð úr hitaleiðandi málmum eins og kopar eða áli. Kælivökvinn flytur síðan hitann í burtu. Það eru fjórar helstu tæknilegar kröfur um gæði fljótandi kæliplatna: í fyrsta lagi mikil kæligeta; í öðru lagi, hár áreiðanleiki til að tryggja innsigli kalda plötunnar; í þriðja lagi, nákvæm hitaleiðni hönnun til að forðast mikinn hitamun innan kerfisins; og í fjórða lagi, strangt eftirlit með þyngd köldu plötunnar til að koma í veg fyrir að kælikerfið dragi verulega úr orkuþéttleika heildarkerfisins.

 

Vökvakæliplötur eru framleiddar með vinnsluferlum, sem gerir kleift að hanna innri rásarmál og brautir frjálslega. Þetta gerir þær hentugar fyrir varmastjórnunarvörur með háan aflþéttleika, óreglulega uppsetningu hitagjafa og rýmistakmarkanir. Þeim er aðallega beitt við hönnun á kælivörum fyrir vindorkubreytir, ljósvakara, IGBT, mótorstýringar, leysir, orkugeymsluaflgjafa, ofurtölvuþjóna og önnur svið, en eru sjaldnar notuð í rafhlöðukerfi.

2) Vökvakæling á köldu plötum er almenna lausnin

 

 

▲ Fljótandi kælilausnir fyrir kalda plötu og ídýfi

 

Það eru tvær helstu fljótandi kælilausnir: köld plata og dýfing. Kaldaplötulausnin notar hola fljótandi kæliplötu sem er fest við yfirborð CPU og GPU. Hitinn er borinn burt af kælivökvanum sem flæðir inn, sem dregur úr PUE IDC í 1,2. Dýfingarlausnin sefur allan netþjóninn beint í sérstakan einangraðan kælivökva og fjarlægir hita í gegnum hringrás vökvans. Þessi aðferð getur náð PUE undir 1,1 og er aðallega notuð fyrir ofurtölvur með afar mikla aflþéttleika. Búist er við að vökvakæling með köldu plötum verði almenna fljótandi kælilausnin í framtíðinni, sem nemur meira en 90% af notkun fljótandi kælikerfis.

 

3) Vökvakæliplötur og vökvakælirör

 

 

▲ Skýringarmynd af vökvakælikerfi fyrir kalda plötu

 

Vökvakælikerfi með köldu plötu samanstendur af þremur meginhlutum: innra varmaleiðnikerfi undirvagns miðlara (vökvakæliplötur og rör), ytra hringrásarkerfi undirvagnsins (dælur, lokar, rör) og ytra varmaskiptakerfi. af miðlaraherberginu (kæliturna osfrv.). Meðal þeirra eru varmaskiptakerfið og kæliturnarnir taldir algengir rafvélabúnaður og hafa lítið gildi. Þess vegna er verðmæti fljótandi kælikerfisins aðallega einbeitt á fljótandi kæliplötur og rör inni í undirvagninum.