تجزیه و تحلیل فن آوری خنک کننده مایع و اتلاف گرما در مراکز داده هوش مصنوعی

هوش مصنوعی مولد و مدل‌های مختلف بزرگ، یک تجربه کاربردی کاملاً جدید را برای ما به ارمغان می‌آورد، و همچنین تقاضاهای بالاتری را برای قدرت محاسباتی ایجاد می‌کند. برای مدیران عملیات مراکز داده، با توجه به افزایش قابل توجه چگالی توان سرورهای GPU، الزامات بالاتری بر روی تجهیزات تبرید و فناوری مراکز داده قرار می گیرد. بنابراین، آنها علاوه بر تمرکز بر خود قدرت محاسباتی، به مسائل مختلفی که ناشی از مصرف برق و خنک کننده مرکز داده است نیز توجه بیشتری دارند.

با توجه به تقاضای قوی برای قدرت محاسباتی هوش مصنوعی، تعداد سرورهای GPU در مراکز داده به طور قابل توجهی افزایش یافته است که منجر به مشکلات مصرف انرژی به طور فزاینده ای می شود. می دانیم که حداکثر توان کل کابینت تکی با هوا خنک در مراکز داده 15 کیلو وات است. با همان نرخ rack up، رشد قدرتی که توسط سرورهای GPU به ارمغان می‌آید به حد مجاز یک کابینت نزدیک شده است. با این حال، مصرف انرژی پردازنده های گرافیکی همچنان به طور مداوم در حال افزایش است. در مواجهه با مصرف انرژی بالا و سناریوهای چگالی بالا، خنک کننده هوای سنتی به وضوح قادر به پاسخگویی به نیازهای مصرف انرژی و اتلاف گرما نیست. فن آوری خنک کننده مایع، با بهره وری انرژی فوق العاده بالا و چگالی حرارت فوق العاده بالا، به گزینه ای ضروری برای راه حل های کنترل دما در مراکز محاسباتی هوشمند تبدیل شده است.

در مراکز داده سنتی با هوا خنک، مصرف انرژی برای خنک کردن تجهیزات و اتلاف گرما به 40٪ می رسد و راندمان اتلاف گرما زیاد نیست. با توجه به محدودیت‌هایی که دارد، خنک‌کننده هوای معمولی در مراکز داده معمولاً با تراکم یک کابینت 8-10 کیلووات طراحی می‌شود. با توجه به رسانایی حرارتی فناوری خنک کننده مایع که 25 برابر هوا است و تقریباً 3000 برابر بیشتر از همان حجم هوا گرما را حمل می کند، می تواند به راحتی به تراکم کابینت بیش از 30 کیلو وات دست یابد. بنابراین، می تواند فضای زیادی را صرفه جویی کند، تراکم استقرار کابینت ها را در یک مرکز داده واحد بهبود بخشد و نرخ بهره برداری از منطقه واحد مرکز داده را بهبود بخشد.
با این حال، در حال حاضر هیچ فناوری و استاندارد ساختمانی واحدی در صنعت خنک‌کننده مایع وجود ندارد و در مقایسه با خنک‌کننده سنتی هوا خنک، هزینه ساخت مراکز داده خنک‌کننده مایع هنوز بسیار بالاست. توسعه سریع فن آوری خنک کننده مایع و فقدان فناوری یکپارچه و استانداردهای ساخت و ساز، چالش های قابل توجهی را برای مدیریت و نگهداری بعدی ایجاد کرده است.

در حال حاضر، فن‌آوری‌های اصلی خنک‌کننده مایع شامل فناوری خنک‌کننده مایع غیرمستقیم است که توسط سیستم خنک‌کننده مایع صفحه سرد و فناوری خنک‌کننده مستقیم مایع نشان‌داده‌شده توسط سیستم خنک‌کننده مایع غوطه‌وری ارائه می‌شود. با توجه به تفاوت در طراحی اتلاف گرما بین این دو، تفاوت های قابل توجهی در راندمان اتلاف گرما نیز وجود دارد.

فناوری اتلاف گرمای غیرمستقیم با تماس با سطوح CPU، حافظه، پردازنده‌های گرافیکی، هارد دیسک‌ها و سایر رسانه‌ها مانند صفحات سرد، با استفاده از جریان خنک‌کننده برای انتقال گرما به دست می‌آید. علاوه بر صفحات سرد و سایر رسانه ها، فناوری خنک کننده مایع غیرمستقیم نیز شامل اجزایی مانند مبدل های حرارتی، خطوط لوله، پمپ ها، خنک کننده و سیستم های کنترل می شود. سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد به راه حل اصلی برای فناوری خنک کننده مایع غیر مستقیم تبدیل شده است. مزایای اصلی فناوری خنک کننده مایع غیرمستقیم این است که نیازی به تغییر شکل سرورهای موجود ندارد، دشواری فنی طراحی کم، دشواری استقرار نسبتاً کم و دشواری نسبتاً کم در مدیریت عملیات و نگهداری بعدی دارد. علاوه بر این، به دلیل استفاده از محلول آبی اتیلن گلیکول به عنوان محیط خنک کننده، هزینه کمتری دارد.
نقطه ضعف آن این است که راندمان اتلاف گرما نسبتاً کم است و به دلیل تعداد زیاد قطعات، میزان خرابی نسبتاً بالاتر است. در حال حاضر، سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد به راه حل ترجیحی برای اکثر مراکز داده تبدیل شده است.

فن آوری خنک کننده مستقیم مایع به تماس مستقیم بین CPU، GPU، مادربرد، حافظه و غیره و مایع خنک کننده اشاره دارد که مستقیماً در سطح سخت افزار جریان می یابد تا گرما را جذب و از بین ببرد. در حال حاضر، فن آوری خنک کننده مستقیم مایع شامل سیستم های خنک کننده مایع غوطه وری و سیستم های خنک کننده مایع اسپری است. بسته به اینکه محیط خنک کننده دچار تغییر فاز شود، می توان آن را به غوطه وری تک فاز و غوطه وری تغییر فاز تقسیم کرد.
در مقایسه با فناوری اتلاف حرارت غیرمستقیم، فناوری خنک‌کننده مستقیم مایع هیچ واسطه رسانای میانی بین مایع و منبع گرما ندارد و گرما می‌تواند مستقیم‌تر به مایع منتقل شود و در نتیجه راندمان اتلاف گرما بالاتر می‌رود. با این حال، به دلیل نیاز به طراحی مجدد و تغییر کل مرکز داده، استفاده از فناوری خنک‌کننده مستقیم مایع دشوارتر و پرهزینه‌تر است. در حال حاضر، فناوری خنک کننده مستقیم مایع عمدتاً در سناریوهایی استفاده می شود که نیاز به راندمان اتلاف حرارت بالا دارند.

در حال حاضر، همانطور که سیستم خنک‌کننده مایع صفحه سرد بالغ‌تر می‌شود، به فناوری خنک‌کننده مایع اصلی تبدیل می‌شود که ابتدا وارد مراکز داده می‌شود. هزینه، بهره برداری و نگهداری، ایمنی و سایر مواردی که بر رواج فناوری خنک کننده مایع صفحه سرد تأثیر می گذارد نیز با توسعه فناوری و استانداردسازی حل خواهد شد.
با توسعه مداوم فن آوری، سیستم های خنک کننده مایع غوطه ور نیز به طور گسترده در مراکز داده جدید با چگالی بالا مورد استفاده قرار خواهند گرفت که باعث بهبود بیشتر کارایی اتلاف گرما در مراکز داده و افزایش قابل توجهی سطح قدرت محاسباتی می شود.