Revolucija tehnologije hlađenja tekućinom u podatkovnim centrima
Sa inovativnim razvojem tehnologija kao što su AI, računarstvo u oblaku i veliki podaci, centri podataka i komunikaciona oprema, kao informaciona infrastruktura, poduzimaju sve veću količinu računanja. Sa brzim povećanjem računarske snage u podatkovnim centrima, povećana je gustina snage pojedinačnih ormara, što postavlja veće zahtjeve za efikasnost odvođenja topline. S druge strane, prema politici „dual carbon“ data centri, kao „glavni potrošači energije“, dužni su da kontinuirano smanjuju svoje PUE indikatore kako bi smanjili potrošnju električne energije rashladnog sistema. Međutim, tradicionalno hlađenje zrakom više ne može zadovoljiti gore navedene zahtjeve za rasipanje topline, a pojavila se tehnologija hlađenja tekućinom.
Vrhunski GPU za data centar dostupan na tržištu pre 10 godina bio je NVIDIA K40, sa toplotnom projektovanom snagom (TDP) od 235W. Kada je NVIDIA objavila A100 2020. godine, TDP je bio blizu 400W, a sa najnovijim H100 čipom, TDP je naglo skočio na 700W. Potrošnja energije toplotnog dizajna jednog AI čipa visokih performansi dostigla je 1000 W. Podrazumeva se da Intel razvija čip koji bi mogao dostići 1,5 kW. Konkurencija u umjetnoj inteligenciji na kraju se svodi na konkurenciju u računskoj snazi, a glavno usko grlo za visoke računarske čipove je njihova sposobnost odvođenja topline. Kada TDP čipa premaši 1000 W, mora se usvojiti tehnologija hlađenja tekućinom.
Tehnologija hlađenja tekućinom može efikasno riješiti probleme primjene velike gustine i lokalnog pregrijavanja u kompjuterskim sobama, među kojima imersiono tekuće hlađenje ima izvanredne prednosti u disipaciji topline i uštedi energije. Hlađenje tekućinom uronjavanjem je tipična metoda hlađenja tekućinom s direktnim kontaktom, u kojoj su elektronički uređaji uronjeni u rashladnu tekućinu, a stvorena toplina se direktno prenosi na rashladnu tekućinu i provodi kroz cirkulaciju tekućine. Potopljeno tečno hlađenje se može klasifikovati u dva tipa: jednofazno imerziono tečno hlađenje i fazno hlađenje imersionim tečnim hlađenjem, u zavisnosti od toga da li će rashladna tečnost koja se koristi doživeti promenu stanja tokom hlađenja elektronskih uređaja. Prednost jednofaznog je što su troškovi implementacije i rashladnog medija niži i nema rizika od prelivanja rashladne tečnosti; Prednost fazne promjene leži u njenom većem kapacitetu i granici odvođenja topline, ali i dalje zaostaje za jednofaznim u smislu cijene i tehnološke zrelosti.
Jednofazno imerzijsko hlađenje pruža uvjerljivo rješenje za podatkovne centre koji traže efikasno i pouzdano upravljanje toplinom. U ovoj metodi, IT komponente su potpuno uronjene u posebno formuliranu izolacijsku tekućinu. Ova tečnost direktno apsorbuje toplotu iz servera, slično kao kod dvofaznog hlađenja. Za razliku od dvofaznih sistema, jednofazna rashladna tečnost ne ključa niti prolazi kroz fazne prelaze. Ostaje tečnost tokom celog procesa hlađenja. Zagrijana izolacijska tekućina cirkulira kroz izmjenjivač topline unutar jedinice za hlađenje (CDU). Ovaj izmjenjivač topline prenosi toplotnu energiju nezavisnom rashladnom mediju, obično vodenom sistemu zatvorene petlje. Ohlađena izolaciona tečnost se zatim pumpa nazad u rezervoar za uranjanje kako bi se završio ciklus hlađenja.
U dvofaznom sistemu za hlađenje potapanjem, elektronske komponente su uronjene u izolovanu tečnu kupku koja provodi toplotu, koja ima mnogo bolju toplotnu provodljivost od vazduha, vode ili ulja. Razlika između dvofaznog imersionog tečnog hlađenja je u tome što rashladno sredstvo prolazi kroz fazni prijelaz. Put prijenosa topline dvofaznog imersionog tečnog hlađenja je u osnovi isti kao i kod jednofaznog hlađenja tečnim potapanjem, s glavnom razlikom što rashladno sredstvo na sekundarnoj strani cirkulira samo u unutrašnjem dijelu komore za uranjanje, sa vrhom komora za uranjanje je plinovita zona, a dno je zona tekućine; IT oprema je potpuno uronjena u tečnost za hlađenje niske tačke ključanja, koja apsorbuje toplotu iz opreme i ključa. Visokotemperaturna plinovita rashladna tekućina proizvedena isparavanjem, zbog svoje male gustine, postepeno se skuplja na vrhu komore za uranjanje i razmjenjuje toplinu s kondenzatorom instaliranim na vrhu, kondenzirajući u niskotemperaturni tekući rashladni fluid. Zatim teče nazad na dno komore pod dejstvom gravitacije, postižući disipaciju toplote za IT opremu.
U procesu inovativnog razvoja tehnologije odvođenja toplote, bilo da se radi o čipovima ili elektronskim uređajima, zapremina, cena dizajna, pouzdanost i drugi aspekti proizvoda su pragovi koje preduzeća ne mogu da izbegnu. To su također problemi koje tehnologija odvođenja topline mora uravnotežiti i riješiti. Različite kombinovane tehnologije mogu se koristiti za razvoj proizvoda za različite materijale za disipaciju topline, tehnologije i scenarije primjene, kako bi se pronašlo optimalno rješenje za trenutni obrazac.
