Vedeliku jahutuse ja soojuse hajumise tehnoloogia analüüs tehisintellekti andmekeskustes
Generatiivne AI ja mitmesugused suured mudelid toovad meile täiesti uue rakenduskogemuse ning seavad ka arvutusvõimsusele kõrgemaid nõudmisi. Andmekeskuste operatiivjuhtide jaoks seatakse GPU-serverite võimsustiheduse olulise suurenemise tõttu kõrgemad nõuded andmekeskuste külmutusseadmetele ja tehnoloogiale. Seetõttu pööravad nad lisaks arvutusvõimsusele endale rohkem tähelepanu ka erinevatele andmekeskuse energiatarbimisest ja jahutusest tulenevatele probleemidele.
Suure nõudluse tõttu tehisintellekti arvutusvõimsuse järele on GPU-serverite arv andmekeskustes märkimisväärselt suurenenud, mis toob kaasa üha suuremaid energiatarbimise probleeme. Teame, et andmekeskuste õhkjahutusega üksiku kapi maksimaalne koguvõimsus on 15 kW. Sama rack-up kiirusega on GPU-serverite võimsuse kasv lähenenud ühe kapi piirile. Graafikaprotsessorite energiatarve kasvab aga jätkuvalt pidevalt. Suure energiatarbimise ja suure tihedusega stsenaariumide taustal ei suuda traditsiooniline õhkjahutus energiatarbimise ja soojuse hajumise vajadusi selgelt rahuldada. Ülikõrge energiatõhususe ja ülikõrge soojustihedusega vedelikjahutustehnoloogiast on saanud intelligentsete arvutuskeskuste temperatuuri reguleerimise lahenduste jaoks vajalik võimalus.
Traditsioonilistes õhkjahutusega andmekeskustes kulub seadmete jahutamiseks ja soojuse hajutamiseks energiat kuni 40% ning soojuse hajumise efektiivsus ei ole kõrge. Piirangute tõttu on tavapärane õhkjahutus andmekeskustes üldiselt projekteeritud ühe kapi tihedusega 8-10 kW. Kuna vedelikjahutustehnoloogia soojusjuhtivus on 25 korda suurem kui õhul ja kannab ligi 3000 korda rohkem soojust kui sama õhuhulk, saab see hõlpsasti saavutada ühe kapi tiheduse üle 30 kW. Seetõttu võib see säästa palju ruumi, veelgi parandada ühes andmekeskuses asuvate kappide kasutuselevõtu tihedust ja parandada andmekeskuse üksuse pindala kasutusmäära.
Vedelikjahutuse tööstuses aga praegu puudub ühtne tehnoloogia ja ehitusstandard ning võrreldes traditsioonilise õhkjahutusega jahutusega on vedelikjahutusega andmekeskuste ehitusmaksumus endiselt liiga kõrge. Vedelikjahutustehnoloogia kiire areng ning ühtse tehnoloogia ja ehitusstandardite puudumine on toonud kaasa olulisi väljakutseid hilisemale juhtimisele ja hooldusele.
Praegu hõlmavad peamised vedelikjahutustehnoloogiad kaudse vedelikjahutuse tehnoloogiat, mida esindab külmplaadi vedelikjahutussüsteem, ja otsese vedelikjahutuse tehnoloogiat, mida esindab sukeldatud vedelikjahutussüsteem. Nende kahe soojuse hajumise disaini erinevuste tõttu on soojuse hajumise efektiivsuses ka olulisi erinevusi.
Kaudse soojuse hajumise tehnoloogia saavutatakse protsessorite, mälu, graafikaprotsessorite, kõvaketaste ja muude andmekandjate (nt külmplaatide) pindade kokkupuutel, kasutades soojuse eemaldamiseks jahutusvedeliku voolu. Lisaks külmplaatidele ja muudele vahenditele hõlmab kaudse vedelikjahutuse tehnoloogia ka selliseid komponente nagu soojusvahetid, torustikud, pumbad, jahutusvedelik ja juhtimissüsteemid. Külmplaadi vedelikjahutussüsteem on muutunud kaudse vedelikjahutuse tehnoloogia peamiseks lahenduseks. Kaudse vedelikjahutuse tehnoloogia peamisteks eelisteks on see, et see ei nõua olemasolevate serverite vormi muutmist, sellel on madal tehniline projekteerimise raskus, suhteliselt madal juurutamise raskus ning suhteliselt väike raskus hilisemal töö- ja hooldushaldusel. Lisaks on etüleenglükooli vesilahuse kasutamise tõttu jahutuskeskkonnana kulu madalam.
Puuduseks on see, et soojuse hajumise efektiivsus on suhteliselt madal ja komponentide suure arvu tõttu on rikete määr suhteliselt kõrgem. Praegu on enamiku andmekeskuste eelistatud lahenduseks saanud külmplaadi vedelikjahutussüsteem.
Otsese vedelikjahutuse tehnoloogia viitab otsekontaktile CPU, GPU, emaplaadi, mälu jne ja jahutusvedeliku vahel, mis voolab otse läbi riistvara pinna, et neelata ja eemaldada soojust. Praegu hõlmab vedelikku otsejahutustehnoloogia sukelvedeliku jahutussüsteeme ja pihustusvedeliku jahutussüsteeme. Sõltuvalt sellest, kas jahutuskeskkond läbib faasimuutuse, võib selle jagada ühefaasiliseks sukeldumiseks ja faasimuutuskümbluseks.
Võrreldes kaudse soojuse hajumise tehnoloogiaga ei ole otsesel vedelikujahutustehnoloogial vedeliku ja soojusallika vahel juhtivat keskkonda ning soojust saab otse vedelikule üle kanda, mille tulemuseks on suurem soojuse hajumise efektiivsus. Otsese vedelikjahutuse tehnoloogiat on aga keerulisem ja kulukam kasutusele võtta, kuna kogu andmekeskus tuleb ümber kujundada ja ümber kujundada. Praegu kasutatakse vedeliku otsejahutuse tehnoloogiat peamiselt stsenaariumide puhul, mis nõuavad kõrget soojuse hajumise efektiivsust.
Praegu, kui külmplaadi vedelikjahutussüsteem muutub küpsemaks, saab sellest peavoolu vedelikjahutustehnoloogia, mis siseneb andmekeskustesse esimesena. Tehnoloogia arendamise ja standardiseerimisega lahendatakse ka külmplaadi vedelikjahutustehnoloogia populariseerimist mõjutavad kulud, käitamine ja hooldus, ohutus ja muud probleemid.
Tehnoloogia pideva arenguga hakatakse sukelvedeliku jahutussüsteeme laialdaselt kasutama ka uutes suure tihedusega andmekeskustes, mis parandab veelgi andmekeskuste soojuse hajumise efektiivsust ja suurendab oluliselt arvutusvõimsust.
