Analiza tekočinskega hlajenja in tehnologije odvajanja toplote v podatkovnih centrih AI
Generativna umetna inteligenca in različni veliki modeli nam prinašajo povsem novo uporabniško izkušnjo in postavljajo tudi višje zahteve glede računalniške moči. Za upravljavce podatkovnih centrov so zaradi znatnega povečanja gostote moči strežnikov GPU višje zahteve za hladilno opremo in tehnologijo podatkovnih centrov. Zato poleg osredotočanja na samo računalniško moč več pozornosti namenjajo tudi različnim težavam, ki jih prinašata poraba energije in hlajenje podatkovnega centra.
Zaradi močnega povpraševanja po računalniški moči umetne inteligence se je število strežnikov GPE v podatkovnih centrih znatno povečalo, kar vodi do vedno bolj izrazitih težav s porabo energije. Vemo, da je največja skupna moč zračno hlajene enojne omarice v podatkovnih centrih 15kW. Z enako stopnjo povečanja moči se je rast moči, ki jo prinašajo strežniki GPE, približala meji ene same omare. Vendar pa poraba energije grafičnih procesorjev še vedno nenehno narašča. Glede na scenarije visoke porabe energije in visoke gostote tradicionalno zračno hlajenje očitno ne more zadovoljiti potreb po porabi energije in odvajanju toplote. Tehnologija tekočega hlajenja s svojo izjemno visoko energijsko učinkovitostjo in ultra visoko toplotno gostoto je postala nujna možnost za rešitve za nadzor temperature v inteligentnih računalniških centrih.
V tradicionalnih zračno hlajenih podatkovnih centrih je poraba energije za hlajenje opreme in odvajanje toplote kar 40 %, učinkovitost odvajanja toplote pa ni visoka. Zaradi svojih omejitev je običajno zračno hlajenje v podatkovnih centrih na splošno zasnovano z gostoto ene same omarice 8-10kW. Ker je toplotna prevodnost tehnologije tekočega hlajenja 25-krat večja od toplotne prevodnosti zraka in prenaša skoraj 3000-krat več toplote kot enaka prostornina zraka, lahko zlahka doseže gostoto ene same omare nad 30 kW. Zato lahko prihrani veliko prostora, dodatno izboljša gostoto namestitve omaric v enem samem podatkovnem centru in izboljša stopnjo izkoriščenosti površine enote podatkovnega centra.
Vendar trenutno v industriji tekočega hlajenja ni enotne tehnologije in gradbenega standarda, v primerjavi s tradicionalnim zračno hlajenim hlajenjem pa so stroški gradnje podatkovnih centrov za tekoče hlajenje še vedno previsoki. Hiter razvoj tehnologije tekočega hlajenja in pomanjkanje enotne tehnologije in gradbenih standardov sta prinesla precejšnje izzive pri kasnejšem upravljanju in vzdrževanju.
Trenutno glavne tehnologije hlajenja s tekočino vključujejo tehnologijo posrednega hlajenja s tekočino, ki jo predstavlja sistem za hlajenje s tekočino s hladno ploščo, in tehnologijo neposrednega hlajenja s tekočino, ki jo predstavlja potopni sistem za hlajenje s tekočino. Zaradi razlik v zasnovi odvajanja toplote med obema, obstajajo tudi pomembne razlike v učinkovitosti odvajanja toplote.
Tehnologija posrednega odvajanja toplote se doseže s stikom s površinami procesorjev CPE, pomnilnika, grafičnih procesorjev, trdih diskov in drugih medijev, kot so hladne plošče, pri čemer se uporablja pretok hladilne tekočine za odvajanje toplote. Poleg hladnih plošč in drugih medijev tehnologija posrednega hlajenja s tekočino vključuje tudi komponente, kot so izmenjevalniki toplote, cevovodi, črpalke, hladilna tekočina in krmilni sistemi. Tekočinski hladilni sistem s hladno ploščo je postal glavna rešitev za tehnologijo posrednega hlajenja s tekočino. Glavne prednosti tehnologije posrednega tekočinskega hlajenja so, da ne zahteva spreminjanja oblike obstoječih strežnikov, ima majhne tehnične težave pri načrtovanju, relativno nizke težave pri uvajanju in relativno majhne težave pri kasnejšem upravljanju delovanja in vzdrževanja. Poleg tega je zaradi uporabe vodne raztopine etilenglikola kot hladilnega medija strošek nižji.
Pomanjkljivost je, da je učinkovitost odvajanja toplote relativno nizka, zaradi velikega števila komponent pa je stopnja okvar relativno višja. Trenutno je tekoči hladilni sistem s hladno ploščo postal prednostna rešitev za večino podatkovnih centrov.
Tehnologija neposrednega tekočega hlajenja se nanaša na neposreden stik med CPE, GPE, matično ploščo, pomnilnikom itd., in hladilno tekočino, ki neposredno teče skozi površino strojne opreme, da absorbira in odvaja toploto. Trenutno tehnologija neposrednega tekočinskega hlajenja vključuje potopne tekočinske hladilne sisteme in tekočinske hladilne sisteme. Glede na to, ali je hladilni medij podvržen fazni spremembi, ga lahko razdelimo na enofazno potopno in fazno potopno.
V primerjavi s tehnologijo posrednega odvajanja toplote tehnologija neposrednega hlajenja s tekočino nima vmesnega prevodnega medija med tekočino in virom toplote, toplota pa se lahko prenese bolj neposredno na tekočino, kar ima za posledico večjo učinkovitost odvajanja toplote. Vendar je tehnologija neposrednega hlajenja s tekočino težje in dražje uvesti zaradi potrebe po preoblikovanju in preoblikovanju celotnega podatkovnega centra. Trenutno se tehnologija neposrednega hlajenja s tekočino uporablja predvsem v scenarijih, ki zahtevajo visoko učinkovitost odvajanja toplote.
Trenutno, ko postaja tekoči hladilni sistem s hladno ploščo bolj zrel, bo postal glavna tehnologija za tekoče hlajenje, ki bo prva vstopila v podatkovne centre. Stroški, delovanje in vzdrževanje, varnost in druga vprašanja, ki vplivajo na popularizacijo tehnologije hladilne tekočine s hladnimi ploščami, bodo prav tako rešena z razvojem tehnologije in standardizacijo.
Z nenehnim razvojem tehnologije se bodo sistemi potopljenega tekočinskega hlajenja pogosto uporabljali tudi v novih podatkovnih centrih z visoko gostoto, kar bo dodatno izboljšalo učinkovitost odvajanja toplote podatkovnih centrov in znatno povečalo ravni računalniške moči.
