การปฏิวัติเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวในศูนย์ข้อมูล
ด้วยการพัฒนานวัตกรรมของเทคโนโลยี เช่น AI, การประมวลผลแบบคลาวด์ และบิ๊กดาต้า ศูนย์ข้อมูลและอุปกรณ์การสื่อสาร ในฐานะโครงสร้างพื้นฐานด้านข้อมูล กำลังดำเนินการประมวลผลในปริมาณที่เพิ่มมากขึ้น ด้วยพลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในศูนย์ข้อมูล ความหนาแน่นของพลังงานของตู้เดี่ยวจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ความต้องการประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงขึ้น ในทางกลับกัน ภายใต้นโยบาย "คาร์บอนคู่" ศูนย์ข้อมูลในฐานะ "ผู้ใช้พลังงานรายใหญ่" จำเป็นต้องลดตัวบ่งชี้ PUE อย่างต่อเนื่อง เพื่อลดการใช้ไฟฟ้าของระบบทำความเย็น อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการการกระจายความร้อนข้างต้นได้อีกต่อไป และเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลวก็ได้เกิดขึ้นแล้ว
GPU สำหรับศูนย์ข้อมูลระดับท็อปที่มีอยู่ในตลาดเมื่อ 10 ปีที่แล้วคือ NVIDIA K40 พร้อมพลังการออกแบบการระบายความร้อน (TDP) ที่ 235W เมื่อ NVIDIA เปิดตัว A100 ในปี 2020 TDP ก็ใกล้เคียงกับ 400W และด้วยชิป H100 ล่าสุด TDP ก็พุ่งสูงขึ้นเป็น 700W การใช้พลังงานการออกแบบการระบายความร้อนของชิป AI ประสิทธิภาพสูงตัวเดียวสูงถึง 1,000W เป็นที่เข้าใจกันว่า Intel กำลังพัฒนาชิปที่อาจถึง 1.5kW ในที่สุดการแข่งขันด้านปัญญาประดิษฐ์ก็กลายเป็นการแข่งขันด้านพลังการประมวลผล และคอขวดที่สำคัญสำหรับชิปประมวลผลระดับสูงก็คือความสามารถในการกระจายความร้อน เมื่อ TDP ของชิปเกิน 1000W จะต้องนำเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวมาใช้
เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถแก้ปัญหาการใช้งานที่มีความหนาแน่นสูงและความร้อนสูงเกินไปในห้องคอมพิวเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแช่มีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในด้านการกระจายความร้อนและการประหยัดพลังงาน การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบจุ่มเป็นวิธีการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบสัมผัสโดยตรงทั่วไป โดยที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะถูกจุ่มลงในของเหลวทำความเย็น และความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกถ่ายโอนโดยตรงไปยังของเหลวทำความเย็นและดำเนินการผ่านการไหลเวียนของของเหลว การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท: การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่เฟสเดียวและการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่เปลี่ยนเฟส ขึ้นอยู่กับว่าของเหลวทำความเย็นที่ใช้จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะระหว่างการทำความเย็นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือไม่ ข้อดีของเฟสเดียวคือต้นทุนการใช้งานและต้นทุนตัวกลางในการทำความเย็นต่ำกว่า และไม่มีความเสี่ยงที่น้ำหล่อเย็นล้น ข้อดีของการเปลี่ยนเฟสอยู่ที่ความสามารถในการกระจายความร้อนและขีดจำกัดที่สูงขึ้น แต่ก็ยังล้าหลังกว่าเฟสเดียวในแง่ของต้นทุนและความพร้อมทางเทคโนโลยี
การทำความเย็นแบบจุ่มเฟสเดียวเป็นโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับศูนย์ข้อมูลที่กำลังมองหาการจัดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ในวิธีนี้ ส่วนประกอบด้านไอทีจะถูกจุ่มลงในของเหลวฉนวนสูตรพิเศษโดยสมบูรณ์ ของเหลวนี้จะดูดซับความร้อนโดยตรงจากเซิร์ฟเวอร์ คล้ายกับการทำความเย็นแบบจุ่มสองเฟส ต่างจากระบบสองเฟส สารหล่อเย็นแบบเฟสเดียวจะไม่เดือดหรือผ่านการเปลี่ยนเฟส มันยังคงเป็นของเหลวตลอดกระบวนการทำความเย็นทั้งหมด ของเหลวฉนวนความร้อนจะไหลเวียนผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายในหน่วยกระจายความเย็น (CDU) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้จะถ่ายเทพลังงานความร้อนไปยังตัวกลางทำความเย็นที่เป็นอิสระ ซึ่งโดยทั่วไปคือระบบน้ำแบบวงปิด จากนั้นของเหลวฉนวนที่ระบายความร้อนจะถูกปั๊มกลับเข้าไปในถังแช่เพื่อให้วงจรการทำความเย็นเสร็จสมบูรณ์
ในระบบทำความเย็นแบบแช่สองเฟส ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะถูกแช่อยู่ในอ่างของเหลวนำความร้อนที่มีฉนวน ซึ่งมีการนำความร้อนได้ดีกว่าอากาศ น้ำ หรือน้ำมัน ความแตกต่างระหว่างการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบจุ่มสองเฟสคือสารหล่อเย็นจะผ่านการเปลี่ยนเฟส เส้นทางการถ่ายเทความร้อนของการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบจุ่มสองเฟสนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับเส้นทางการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มเฟสเดียว โดยมีความแตกต่างหลักคือสารหล่อเย็นด้านข้างรองจะไหลเวียนเฉพาะในพื้นที่ภายในของห้องแช่ โดยที่ส่วนบนของ ห้องแช่เป็นโซนก๊าซและด้านล่างเป็นโซนของเหลว อุปกรณ์ไอทีถูกจุ่มลงในน้ำยาหล่อเย็นที่มีจุดเดือดต่ำโดยสมบูรณ์ ซึ่งจะดูดซับความร้อนจากอุปกรณ์และเดือด สารหล่อเย็นที่เป็นก๊าซอุณหภูมิสูงที่เกิดจากการระเหย เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ จะค่อยๆ รวมตัวกันที่ด้านบนของห้องแช่ และแลกเปลี่ยนความร้อนกับคอนเดนเซอร์ที่ติดตั้งที่ด้านบน และควบแน่นเป็นสารหล่อเย็นของเหลวอุณหภูมิต่ำ จากนั้นจะไหลกลับไปยังด้านล่างของห้องเพาะเลี้ยงภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดการกระจายความร้อนให้กับอุปกรณ์ไอที
ในกระบวนการพัฒนานวัตกรรมเทคโนโลยีการกระจายความร้อน ไม่ว่าจะเป็นชิปหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ปริมาณ ต้นทุนการออกแบบ ความน่าเชื่อถือ และด้านอื่น ๆ ของผลิตภัณฑ์ถือเป็นเกณฑ์ที่องค์กรไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ปัญหาเหล่านี้ยังเป็นปัญหาที่เทคโนโลยีกระจายความร้อนต้องปรับสมดุลและแก้ไข เทคโนโลยีการผสมผสานที่แตกต่างกันสามารถนำไปใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์สำหรับวัสดุกระจายความร้อน เทคโนโลยี และสถานการณ์การใช้งานต่างๆ เพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับรูปแบบปัจจุบัน
