Revolucija tehnologije tekočega hlajenja v podatkovnih centrih
Z inovativnim razvojem tehnologij, kot so AI, računalništvo v oblaku in veliki podatki, podatkovni centri in komunikacijska oprema kot informacijska infrastruktura prevzemajo vedno več računalništva. S hitrim naraščanjem računalniške moči v podatkovnih centrih se je povečala gostota moči posameznih omar, kar postavlja višje zahteve glede učinkovitosti odvajanja toplote. Po drugi strani pa morajo v skladu s politiko »dvojnega ogljika« podatkovni centri kot »veliki porabniki energije« nenehno zniževati svoje kazalnike PUE, da bi zmanjšali porabo električne energije hladilnega sistema. Vendar tradicionalno zračno hlajenje ne more več izpolnjevati zgornjih zahtev glede odvajanja toplote, zato se je pojavila tehnologija hlajenja s tekočino.
Vrhunska grafična enota za podatkovne centre, ki je bila na voljo na trgu pred 10 leti, je bila NVIDIA K40 s toplotno zasnovo moči (TDP) 235 W. Ko je NVIDIA leta 2020 izdala A100, je bil TDP blizu 400 W, z najnovejšim čipom H100 pa je TDP skokovito narasel na 700 W. Poraba energije toplotne zasnove enega samega visoko zmogljivega čipa AI je dosegla 1000 W. Razume se, da Intel razvija čip, ki lahko doseže 1,5 kW. Konkurenca na področju umetne inteligence se na koncu skrči na konkurenco v računalniški moči, glavno ozko grlo za visoke računalniške čipe pa je njihova sposobnost odvajanja toplote. Ko TDP čipa preseže 1000 W, je treba uporabiti tehnologijo tekočega hlajenja.
Tehnologija tekočega hlajenja lahko učinkovito reši težave namestitve z visoko gostoto in lokalnega pregrevanja v računalniških sobah, med katerimi ima potopno tekoče hlajenje izjemne prednosti pri odvajanju toplote in varčevanju z energijo. Hlajenje s potopno tekočino je tipična metoda hlajenja s tekočino v neposrednem kontaktu, pri kateri so elektronske naprave potopljene v hladilno tekočino, ustvarjena toplota pa se neposredno prenese na hladilno tekočino in vodi skozi kroženje tekočine. Potopno tekočinsko hlajenje lahko razvrstimo v dve vrsti: enofazno potopno tekočinsko hlajenje in potopno tekočinsko hlajenje s spremembo faze, odvisno od tega, ali bo uporabljena hladilna tekočina podvržena spremembi stanja med hlajenjem elektronskih naprav. Prednost enofaznega je, da so stroški uvedbe in stroški hladilnega medija nižji in ni nevarnosti prelivanja hladilne tekočine; Prednost fazne menjave je v večji toplotni oddaji in meji, vendar še vedno zaostaja za enofazno po stroškovni in tehnološki zrelosti.
Enofazno potopno hlajenje zagotavlja prepričljivo rešitev za podatkovne centre, ki iščejo učinkovito in zanesljivo upravljanje toplote. Pri tej metodi so komponente IT popolnoma potopljene v posebej oblikovano izolacijsko tekočino. Ta tekočina neposredno absorbira toploto iz strežnika, podobno kot dvofazno potopno hlajenje. Za razliko od dvofaznih sistemov enofazna hladilna tekočina ne vre ali je podvržena faznim prehodom. Skozi celoten proces hlajenja ostane tekoč. Segreta izolacijska tekočina kroži skozi toplotni izmenjevalnik znotraj hladilne razdelilne enote (CDU). Ta izmenjevalnik toplote prenaša toplotno energijo na neodvisen hladilni medij, običajno zaprtozančni vodni sistem. Ohlajena izolacijska tekočina se nato črpa nazaj v potopno posodo, da se zaključi cikel hlajenja.
V dvofaznem potopnem hladilnem sistemu so elektronske komponente potopljene v izolirano toplotno prevodno tekočo kopel, ki ima veliko boljšo toplotno prevodnost kot zrak, voda ali olje. Razlika med dvofaznim potopnim tekočinskim hlajenjem je v tem, da je hladilno sredstvo podvrženo faznemu prehodu. Pot prenosa toplote pri dvofaznem potopnem tekočinskem hlajenju je v bistvu enaka kot pri enofaznem potopnem tekočinskem hlajenju, glavna razlika pa je v tem, da hladilno sredstvo na sekundarni strani kroži samo v notranjem območju potopne komore, pri čemer je vrh potopna komora je plinasto območje, dno pa tekoče območje; IT oprema je popolnoma potopljena v tekoče hladilno sredstvo z nizko temperaturo vrelišča, ki absorbira toploto opreme in zavre. Visokotemperaturno plinasto hladilno sredstvo, ki nastane z uparjanjem, se zaradi svoje nizke gostote postopoma zbira na vrhu potopne komore in izmenjuje toploto s kondenzatorjem, nameščenim na vrhu, ter kondenzira v nizkotemperaturno tekoče hladilno sredstvo. Nato teče nazaj na dno komore pod vplivom gravitacije in tako doseže odvajanje toplote za IT opremo.
V procesu inovativnega razvoja tehnologije odvajanja toplote, ne glede na to, ali gre za čipe ali elektronske naprave, so obseg, stroški načrtovanja, zanesljivost in drugi vidiki izdelkov mejne vrednosti, ki se jim podjetja ne morejo izogniti. To so tudi problemi, ki jih mora uravnotežiti in rešiti tehnologija odvajanja toplote. Za razvoj izdelkov za različne materiale za odvajanje toplote, tehnologije in scenarije uporabe je mogoče uporabiti različne kombinirane tehnologije, da bi našli optimalno rešitev za trenutni vzorec.
