การวิเคราะห์เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวและการกระจายความร้อนในศูนย์ข้อมูล AI

AI เจนเนอเรชั่นและโมเดลขนาดใหญ่ต่างๆ ทำให้เรามีประสบการณ์การใช้งานแบบใหม่ และยังก่อให้เกิดความต้องการพลังการประมวลผลที่สูงขึ้นอีกด้วย สำหรับผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของศูนย์ข้อมูล เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมากของเซิร์ฟเวอร์ GPU จึงมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านอุปกรณ์ทำความเย็นและเทคโนโลยีของศูนย์ข้อมูล ดังนั้น นอกเหนือจากการมุ่งเน้นไปที่พลังการประมวลผลแล้ว พวกเขายังให้ความสำคัญกับปัญหาต่างๆ ที่เกิดจากการใช้พลังงานและการระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูลอีกด้วย

ด้วยความต้องการพลังประมวลผล AI ที่เพิ่มขึ้น ทำให้จำนวนเซิร์ฟเวอร์ GPU ในศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างมาก นำไปสู่ปัญหาการใช้พลังงานที่โดดเด่นมากขึ้น เรารู้ว่ากำลังรวมสูงสุดของตู้เดี่ยวระบายความร้อนด้วยอากาศในศูนย์ข้อมูลคือ 15kW ด้วยอัตราการเพิ่มแร็คที่เท่ากัน การเติบโตของพลังงานที่เกิดจากเซิร์ฟเวอร์ GPU ได้เข้าใกล้ขีดจำกัดของตู้เดียว อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานของ GPU ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อเผชิญกับการใช้พลังงานสูงและสถานการณ์ที่มีความหนาแน่นสูง การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการใช้พลังงานและการกระจายความร้อนได้อย่างชัดเจน เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวซึ่งมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงเป็นพิเศษและความหนาแน่นความร้อนสูงเป็นพิเศษ ได้กลายเป็นตัวเลือกที่จำเป็นสำหรับโซลูชันการควบคุมอุณหภูมิในศูนย์คอมพิวเตอร์อัจฉริยะ

ในศูนย์ข้อมูลที่ระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม การใช้พลังงานสำหรับการทำความเย็นอุปกรณ์และการกระจายความร้อนจะสูงถึง 40% และประสิทธิภาพการกระจายความร้อนไม่สูง เนื่องจากข้อจำกัด การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิมในศูนย์ข้อมูลโดยทั่วไปจึงได้รับการออกแบบให้มีความหนาแน่นของตู้เดี่ยวที่ 8-10kW เนื่องจากค่าการนำความร้อนของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวมีค่าเป็น 25 เท่าของอากาศ และนำความร้อนได้มากกว่าอากาศปริมาตรเดียวกันเกือบ 3,000 เท่า จึงทำให้ตู้เดียวมีความหนาแน่นมากกว่า 30kW ได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงช่วยประหยัดพื้นที่ได้มาก ปรับปรุงความหนาแน่นในการใช้งานของตู้ในศูนย์ข้อมูลเดียว และปรับปรุงอัตราการใช้ประโยชน์ของพื้นที่หน่วยศูนย์ข้อมูล
อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ยังไม่มีเทคโนโลยีและมาตรฐานการก่อสร้างแบบครบวงจรในอุตสาหกรรมการระบายความร้อนด้วยของเหลว และเมื่อเปรียบเทียบกับการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม ต้นทุนการก่อสร้างศูนย์ข้อมูลการระบายความร้อนด้วยของเหลวยังคงสูงเกินไป การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวและการขาดเทคโนโลยีที่เป็นหนึ่งเดียวและมาตรฐานการก่อสร้างได้นำมาซึ่งความท้าทายที่สำคัญต่อการจัดการและการบำรุงรักษาในภายหลัง

ปัจจุบัน เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลวหลัก ได้แก่ เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมที่แสดงโดยระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็น และเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงที่แสดงโดยระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่ม เนื่องจากความแตกต่างในการออกแบบการกระจายความร้อนระหว่างทั้งสอง จึงมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในด้านประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

เทคโนโลยีการกระจายความร้อนทางอ้อมทำได้โดยการสัมผัสกับพื้นผิวของ CPU, หน่วยความจำ, GPU, ฮาร์ดไดรฟ์ และสื่ออื่นๆ เช่น แผ่นเย็น โดยใช้การไหลของน้ำหล่อเย็นเพื่อพาความร้อนออกไป นอกเหนือจากแผ่นเย็นและสื่ออื่นๆ แล้ว เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมยังรวมถึงส่วนประกอบต่างๆ เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อส่ง ปั๊ม สารหล่อเย็น และระบบควบคุม ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นได้กลายเป็นโซลูชั่นหลักสำหรับเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยอ้อม ข้อได้เปรียบหลักของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมคือ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนรูปแบบของเซิร์ฟเวอร์ที่มีอยู่ มีปัญหาทางเทคนิคในการออกแบบต่ำ ความยากในการปรับใช้ค่อนข้างต่ำ และความยากลำบากค่อนข้างต่ำในการดำเนินงานและการจัดการการบำรุงรักษาในภายหลัง นอกจากนี้ เนื่องจากการใช้สารละลายน้ำเอทิลีนไกลคอลเป็นตัวกลางในการทำความเย็น จึงมีต้นทุนที่ต่ำกว่า
ข้อเสียคือประสิทธิภาพการกระจายความร้อนค่อนข้างต่ำ และเนื่องจากมีส่วนประกอบจำนวนมาก อัตราความล้มเหลวจึงค่อนข้างสูงกว่า ในปัจจุบัน ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นกลายเป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงหมายถึงการสัมผัสโดยตรงระหว่าง CPU, GPU, มาเธอร์บอร์ด, หน่วยความจำ ฯลฯ และสารหล่อเย็นซึ่งไหลผ่านพื้นผิวฮาร์ดแวร์โดยตรงเพื่อดูดซับและระบายความร้อนออกไป ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยของเหลวโดยตรง ได้แก่ ระบบทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่ และระบบทำความเย็นด้วยของเหลวแบบสเปรย์ ขึ้นอยู่กับว่าตัวกลางทำความเย็นผ่านการเปลี่ยนเฟสหรือไม่ สามารถแบ่งออกเป็นการแช่แบบเฟสเดียวและการแช่แบบเปลี่ยนเฟส
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการกระจายความร้อนทางอ้อม เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงไม่มีตัวกลางนำไฟฟ้าระหว่างของเหลวและแหล่งความร้อน และความร้อนสามารถถ่ายโอนไปยังของเหลวได้โดยตรงมากขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงนั้นยากกว่าและมีค่าใช้จ่ายสูงในการปรับใช้ เนื่องจากจำเป็นต้องออกแบบและเปลี่ยนแปลงศูนย์ข้อมูลทั้งหมด ปัจจุบันเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงส่วนใหญ่จะใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูง

ในปัจจุบัน เมื่อระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นมีความสมบูรณ์มากขึ้น ก็จะกลายเป็นเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวกระแสหลักที่เข้าสู่ศูนย์ข้อมูลเป็นอันดับแรก ต้นทุน การดำเนินงานและการบำรุงรักษา ความปลอดภัย และปัญหาอื่น ๆ ที่ส่งผลต่อความนิยมของเทคโนโลยีทำความเย็นด้วยของเหลวแผ่นเย็นจะได้รับการแก้ไขด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีและมาตรฐาน
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแช่จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในศูนย์ข้อมูลใหม่ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของศูนย์ข้อมูลให้ดียิ่งขึ้น และเพิ่มระดับพลังงานในการประมวลผลอย่างมีนัยสำคัญ