Anàlisi de la tecnologia de refrigeració líquida i dissipació de calor en centres de dades d'IA
La intel·ligència artificial generativa i diversos models grans ens ofereixen una experiència d'aplicació totalment nova i també exigeixen més potència de càlcul. Per als gestors d'operacions de centres de dades, a causa de l'augment significatiu de la densitat de potència dels servidors de GPU, s'imposen requisits més alts als equips de refrigeració i la tecnologia dels centres de dades. Per tant, a més de centrar-se en la potència de càlcul en si, també presten més atenció als diferents problemes que provoquen el consum d'energia i la refrigeració del centre de dades.
Impulsat per la forta demanda de potència de càlcul d'IA, el nombre de servidors GPU als centres de dades ha augmentat significativament, donant lloc a problemes de consum d'energia cada cop més importants. Sabem que la potència total màxima de l'armari individual refrigerat per aire als centres de dades és de 15 kW. Amb la mateixa taxa de pujada, el creixement de la potència dels servidors GPU s'ha acostat al límit de l'armari únic. Tanmateix, el consum d'energia de les GPU encara augmenta constantment. Davant d'escenaris d'alt consum d'energia i d'alta densitat, la refrigeració tradicional per aire és clarament incapaç de satisfer les necessitats de consum d'energia i dissipació de calor. La tecnologia de refrigeració líquida, amb la seva eficiència energètica ultra alta i la seva densitat de calor ultra alta, s'ha convertit en una opció necessària per a solucions de control de temperatura en centres informàtics intel·ligents.
En els centres de dades tradicionals refrigerats per aire, el consum d'energia per a la refrigeració dels equips i la dissipació de calor arriba al 40% i l'eficiència de dissipació de calor no és alta. A causa de les seves limitacions, la refrigeració d'aire convencional als centres de dades es dissenya generalment amb una densitat d'armari únic de 8-10kW. Com que la conductivitat tèrmica de la tecnologia de refrigeració líquida és 25 vegades superior a la de l'aire i transporta gairebé 3000 vegades més calor que el mateix volum d'aire, es pot aconseguir fàcilment una densitat d'armari únic de més de 30 kW. Per tant, pot estalviar molt d'espai, millorar encara més la densitat de desplegament dels armaris en un únic centre de dades i millorar la taxa d'utilització de l'àrea de la unitat del centre de dades.
Tanmateix, actualment no hi ha una tecnologia i un estàndard de construcció unificats a la indústria de refrigeració líquida i, en comparació amb la refrigeració tradicional per aire, el cost de construcció dels centres de dades de refrigeració líquida encara és massa elevat. El ràpid desenvolupament de la tecnologia de refrigeració líquida i la manca de tecnologia i estàndards de construcció unificats han suposat reptes importants per a la gestió i el manteniment posteriors.
Actualment, les principals tecnologies de refrigeració líquida inclouen la tecnologia de refrigeració líquida indirecta representada pel sistema de refrigeració líquida de placa freda i la tecnologia de refrigeració líquida directa representada pel sistema de refrigeració líquida d'immersió. A causa de les diferències en el disseny de dissipació de calor entre els dos, també hi ha diferències significatives en l'eficiència de dissipació de calor.
La tecnologia de dissipació de calor indirecta s'aconsegueix posant-se en contacte amb les superfícies de les CPU, la memòria, les GPU, els discs durs i altres suports com ara plaques fredes, utilitzant el flux de refrigerant per endur-se la calor. A més de les plaques fredes i altres mitjans, la tecnologia de refrigeració líquida indirecta també inclou components com ara intercanviadors de calor, canonades, bombes, refrigerant i sistemes de control. El sistema de refrigeració líquida de placa freda s'ha convertit en la solució principal per a la tecnologia de refrigeració líquida indirecta. Els principals avantatges de la tecnologia de refrigeració líquida indirecta són que no requereix canviar la forma dels servidors existents, té una dificultat tècnica de disseny baixa, una dificultat de desplegament relativament baixa i una dificultat relativament baixa en la gestió posterior de l'operació i el manteniment. A més, a causa de l'ús de solució aquosa d'etilenglicol com a mitjà de refrigeració, el cost és menor.
El desavantatge és que l'eficiència de dissipació de calor és relativament baixa i, a causa del gran nombre de components, la taxa de fallada és relativament més alta. Actualment, el sistema de refrigeració líquida de placa freda s'ha convertit en la solució preferida per a la majoria de centres de dades.
La tecnologia de refrigeració líquida directa es refereix al contacte directe entre la CPU, la GPU, la placa base, la memòria, etc., i el refrigerant, que flueix directament a través de la superfície del maquinari per absorbir i treure la calor. Actualment, la tecnologia de refrigeració líquida directa inclou sistemes de refrigeració líquida per immersió i sistemes de refrigeració líquida per polvorització. Depenent de si el medi de refrigeració experimenta un canvi de fase, es pot dividir en immersió monofàsica i immersió per canvi de fase.
En comparació amb la tecnologia de dissipació de calor indirecta, la tecnologia de refrigeració líquida directa no té un mitjà conductor intermedi entre el líquid i la font de calor, i la calor es pot transferir més directament al líquid, donant lloc a una major eficiència de dissipació de calor. Tanmateix, la tecnologia de refrigeració líquida directa és més difícil i costosa de desplegar a causa de la necessitat de redissenyar i transformar tot el centre de dades. Actualment, la tecnologia de refrigeració líquida directa s'utilitza principalment en escenaris que requereixen una alta eficiència de dissipació de calor.
Actualment, a mesura que el sistema de refrigeració líquida de placa freda esdevingui més madur, es convertirà en la tecnologia de refrigeració líquida principal que entra primer als centres de dades. El cost, l'operació i el manteniment, la seguretat i altres problemes que afecten la popularització de la tecnologia de refrigeració líquida de placa freda també es solucionaran amb el desenvolupament de la tecnologia i l'estandardització.
Amb el desenvolupament continu de la tecnologia, els sistemes de refrigeració líquida immersos també s'utilitzaran àmpliament en nous centres de dades d'alta densitat, millorant encara més l'eficiència de dissipació de calor dels centres de dades i millorant significativament els nivells de potència de càlcul.
