Vedeljahutustehnoloogia revolutsioon andmekeskustes
Tehnoloogiate (nt tehisintellekt, pilvandmetöötlus ja suurandmed) uuendusliku arenguga tegelevad andmekeskused ja sideseadmed kui infoinfrastruktuur üha suuremal hulgal arvutusi. Andmekeskuste arvutusvõimsuse kiire kasvuga on suurenenud üksikute kappide võimsustihedus, mis seab kõrgemad nõudmised soojuse hajumise efektiivsusele. Teisest küljest peavad andmekeskused kui "peamised energiatarbijad" nn kahe süsiniku poliitika kohaselt oma PUE-näitajaid pidevalt vähendama, et vähendada jahutussüsteemi elektritarbimist. Traditsiooniline õhkjahutus ei suuda aga enam täita ülaltoodud soojuse hajumise nõudeid ning on tekkinud vedelikjahutustehnoloogia.
10 aastat tagasi turul saadaolev andmekeskuse GPU tipptasemel oli NVIDIA K40, mille soojuslik disainvõimsus (TDP) oli 235 W. Kui NVIDIA 2020. aastal A100 välja andis, oli TDP 400 W lähedal ja uusima H100 kiibiga tõusis TDP hüppeliselt 700 W-ni. Ühe suure jõudlusega AI-kiibi soojusliku disainiga voolutarve on jõudnud 1000 W-ni. On arusaadav, et Intel arendab kiipi, mille võimsus võib ulatuda 1,5 kW-ni. Konkurents tehisintellekti vallas taandub lõppkokkuvõttes konkurentsile arvutusvõimsuse alal ja suureks kitsaskohaks kõrgete andmetöötluskiipide puhul on nende soojuse hajutamise võime. Kui kiibi TDP ületab 1000 W, tuleb kasutusele võtta vedelikjahutustehnoloogia.
Vedelikjahutustehnoloogia võib tõhusalt lahendada arvutiruumide suure tihedusega kasutuselevõtu ja kohaliku ülekuumenemise probleeme, mille hulgas on sukelvedeliku jahutamisel silmapaistvad eelised soojuse hajutamise ja energiasäästu osas. Sukeldusvedelikjahutus on tüüpiline otsekontaktiga vedelikjahutusmeetod, mille puhul elektroonikaseadmed sukeldatakse jahutusvedelikku ning tekkiv soojus kantakse otse jahutusvedelikule ja juhitakse läbi vedeliku tsirkulatsiooni. Sukelkümblusvedelikjahutus võib jagada kahte tüüpi: ühefaasiline sukelvedelikjahutus ja faasimuutusega sukelvedelikjahutus, olenevalt sellest, kas kasutatav jahutusvedelik muudab elektroonikaseadmete jahutamise käigus olekut. Ühefaasilise eeliseks on see, et kasutuselevõtu maksumus ja jahutuskeskkonna maksumus on madalamad ning puudub jahutusvedeliku ülevoolu oht; Faasimuutuse eelis seisneb selle suuremas soojuseraldusvõimes ja -limiidis, kuid see jääb kulude ja tehnoloogilise küpsuse poolest siiski maha ühefaasilisest.
Ühefaasiline sukeljahutus pakub mõjuvat lahendust andmekeskustele, mis otsivad tõhusat ja usaldusväärset soojusjuhtimist. Selle meetodi puhul sukeldatakse IT-komponendid täielikult spetsiaalse koostisega isolatsioonivedelikku. See vedelik neelab otse serverist soojust, sarnaselt kahefaasilise sukeljahutusega. Erinevalt kahefaasilistest süsteemidest ei kee ühefaasiline jahutusvedelik ega läbi faasisiirdeid. See jääb vedelaks kogu jahutusprotsessi vältel. Kuumutatud isolatsioonivedelik ringleb läbi jahutusjaotusseadme (CDU) sees oleva soojusvaheti. See soojusvaheti edastab soojusenergia sõltumatusse jahutuskeskkonda, tavaliselt suletud ahelaga veesüsteemi. Jahutatud isolatsioonivedelik pumbatakse seejärel jahutustsükli lõpuleviimiseks tagasi sukelpaaki.
Kahefaasilises sukeljahutussüsteemis on elektroonilised komponendid kastetud isoleeritud soojust juhtivasse vedelikuvanni, mille soojusjuhtivus on palju parem kui õhul, vees või õlis. Kahefaasilise sukeldusvedeliku jahutuse erinevus seisneb selles, et jahutusvedelik läbib faasisiirde. Kahefaasilise sukeldatud vedelikjahutuse soojusülekande teekond on põhimõtteliselt sama, mis ühefaasilise sukeldatud vedelikjahutuse omal, peamise erinevusega on see, et sekundaarne külgjahutusvedelik ringleb ainult sukelduskambri sisemises piirkonnas, ülaosaga sukelduskamber on gaasiline tsoon ja põhi on vedel tsoon; IT-seadmed on üleni sukeldatud madala keemistemperatuuriga vedelasse jahutusvedelikku, mis neelab seadmetelt soojuse ja keeb. Aurustumise teel tekkiv kõrge temperatuuriga gaasiline jahutusvedelik koguneb oma madala tiheduse tõttu järk-järgult sukelduskambri ülaossa ja vahetab soojust ülaossa paigaldatud kondensaatoriga, kondenseerudes madala temperatuuriga vedelaks jahutusvedelikuks. Seejärel voolab see gravitatsiooni mõjul tagasi kambri põhja, saavutades IT-seadmete soojuse hajumise.
Soojuse hajutamise tehnoloogia uuendusliku arendamise protsessis, olgu selleks siis kiibid või elektroonikaseadmed, on toodete maht, konstruktsiooni maksumus, töökindlus ja muud aspektid künnised, mida ettevõtted ei saa vältida. Need on ka probleemid, mida soojuse hajumise tehnoloogia peab tasakaalustama ja lahendama. Erinevaid kombineeritud tehnoloogiaid saab kasutada erinevate soojuseraldusmaterjalide, tehnoloogiate ja kasutusstsenaariumide jaoks toodete väljatöötamiseks, et leida praegusele mustrile optimaalne lahendus.
