نکات کلیدی خنک کننده مایع در تکامل و کاربردهای عملی قدرت محاسباتی هوش مصنوعی

 

 

در سال‌های اخیر، با توسعه سریع فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی، داده‌های بزرگ و مدل‌های بزرگ، تقاضا برای خنک‌سازی کارآمد به طور پیوسته افزایش یافته است. فناوری خنک کننده مایع توجه و کاربرد گسترده ای را به خود جلب کرده است. بسیاری از شرکت‌های معروف روی تحقیق و کاربرد فناوری خنک‌کننده مایع سرمایه‌گذاری کرده‌اند و باعث نوآوری و توسعه مداوم آن می‌شوند. استفاده از فناوری خنک کننده مایع نیز به تدریج در زمینه هایی مانند ارتباطات 5G و محاسبات لبه در حال گسترش است و پشتیبانی قوی برای رشد آنها فراهم می کند.

 

طبق گزارش آژانس های تحقیقات بازار، انتظار می رود بازار جهانی خنک کننده مایع در سال های آینده رشد سریع خود را حفظ کند و تا سال 2025 به میلیاردها دلار برسد. در بازار چین نیز به تدریج کاربرد فناوری خنک کننده مایع در حال افزایش است و اندازه بازار انتظار می رود در چند سال آینده دو برابر شود.

 

 

I تکامل قدرت محاسباتی و خنک کننده

 

در تکامل قدرت محاسباتی، خنک کننده نقش مهمی ایفا می کند. هر پیشرفت بزرگ در قدرت محاسباتی اغلب با پیشرفت هایی در فناوری خنک کننده همراه بوده است. در اوایل، خنک کردن هوا روش اصلی بود که از فن ها برای حرکت هوا و دفع گرما استفاده می کرد. این یک روش خنک کننده سنتی تر و رایج تر است.

 

با افزایش قدرت محاسباتی و افزایش تولید گرما، فناوری خنک‌سازی لوله‌های حرارتی کارآمدتری پدیدار شد. لوله های حرارتی گرما را از طریق تبخیر و تراکم یک سیال در حال کار انتقال می دهند و رسانایی حرارتی خوبی را ارائه می دهند. فن آوری خنک کننده مایع به تدریج به شهرت رسید و به طور موثر گرما را از طریق مایع در گردش جذب و انتقال داد و راندمان بالاتری را در مقایسه با خنک کننده هوا ارائه داد. همانطور که تقاضاهای محاسباتی در سیستم های ناهمگن، HPC و AI همچنان در حال رشد هستند، اهمیت خنک کننده مایع آشکارتر می شود.

 

▲ پشت تکامل فناوری خنک کننده، تغییر مداوم فناوری تراشه است.

 

با نزدیک شدن فرآیندهای نیمه هادی به محدودیت های فیزیکی، بسته بندی پیشرفته به مسیری حیاتی برای گسترش قانون مور تبدیل شده است. علاوه بر کاهش اندازه دستگاه از طریق فناوری های فرآیندی، توسعه مواد جدید و بهبود ساختار مدار برای افزایش تراکم ترانزیستور، تغییر روش های بسته بندی برای افزایش ظرفیت مدار مجتمع نیز یک جهت مهم است. در سناریوهایی مانند بسته‌بندی 2.5 بعدی و سه بعدی چند تراشه‌ای که عملکرد سیستم را افزایش می‌دهد، خنک‌سازی مایع در راه‌حل‌های خنک‌کننده با راندمان بالا ضروری می‌شود زیرا قدرت سیستم و چگالی حرارتی در چارچوب‌های شبکه محاسباتی افزایش می‌یابد.

 

همانطور که آموزش هوش مصنوعی و استنتاج معماری های شبکه محاسباتی را بازسازی می کند، نرخ رشد پارامترهای مدل بزرگ به طور قابل توجهی سریعتر از حافظه GPU است. سیستم‌های یکپارچه‌سازی بالا، حافظه بزرگ و سیستم‌های چند GPU برای آموزش مدل‌های بزرگ و استنتاج مناسب‌تر هستند. با افزایش قابل توجه تراکم تراشه در کابینت های AIDC، تکامل از خنک کننده سنتی به خنک کننده مایع کارآمد اجتناب ناپذیر است.

 

▲ کابینت AIDC

 

 

سناریوهای کاربردی II و فناوری خنک کننده مایع

 

در سطح تراشه، زمانی که مصرف برق معمولی یک تراشه از 300 وات تجاوز کند، برای اطمینان از آزاد شدن توان محاسباتی، خنک کننده مایع مورد نیاز است. در سطح سیستم، قدرت سرورهای هوش مصنوعی از سطح 10 کیلووات به ده ها کیلووات در هر کابینت افزایش یافته است و نیاز فوری به خنک کننده مایع برای نفوذ ایجاد می کند. در سطح مرکز داده، تنها راه کاهش IDC PUE از بالای 1.5 به 1.2 استفاده از خنک کننده مایع است.

 

در حال حاضر، راه حل های اصلی خنک کننده مایع در چین شامل انواع صفحه سرد، غوطه وری و اسپری است که صفحه سرد بیشترین استفاده را دارد.

 

 

▲ انواع صفحه سرد، غوطه وری و اسپری

 

▲ صفحه سرد، تغییر فاز، غوطه وری تک فاز و خنک کننده اسپری

 

با افزایش تقاضا برای عملکرد محاسباتی، فناوری خنک کننده مایع نقش مهمی در سناریوهای کاربردی کلیدی زیر ایفا می کند:

1. مراکز داده:سرورهای خنک کننده و سایر تجهیزات فناوری اطلاعات برای بهبود بهره وری انرژی و کاهش هزینه های عملیاتی.

2. ابر رایانه ها:انجام وظایف محاسباتی در مقیاس بزرگ برای اطمینان از عملکرد و ثبات بالا.

3-هوش مصنوعی:آموزش و اجرای مدل های یادگیری عمیق برای تسریع محاسبات.

4. تجهیزات پزشکی:نگهداری تجهیزات مانند دستگاه های MRI در دمای عملیاتی.

5. تولید صنعتی:تجهیزات پردازش خنک کننده برای بهبود راندمان تولید و کیفیت محصول.

6. وسیله نقلیه الکتریکی:بسته های باتری خنک کننده برای افزایش عمر باتری و بهبود ایمنی.

7. هوافضا:الکترونیک خنک کننده و اجزای موتور.

8. تحقیق:خنک کننده تجهیزات آزمایشی مختلف.

9. رایانه های بازی:ارائه راه حل های خنک کننده با کارایی بالا.

10. استخراج ارزهای دیجیتال:حفظ عملکرد کارآمد تجهیزات معدن.

 

 

III روند توسعه در فناوری خنک کننده مایع

 

در زمینه صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار، مزایای فناوری خنک کننده مایع به تدریج آشکار می شود و چندین روند جدید در حال ظهور است:

1. راندمان بالاتر:بهبود مستمر راندمان خنک کننده برای پاسخگویی به تقاضاهای رو به رشد محاسباتی.

2. مصرف انرژی کمتر:کاهش مصرف انرژی از طریق طراحی و مواد بهینه.

3. کاربردهای گسترده تر:گسترش به زمینه های بیشتری مانند ارتباطات 5G و محاسبات لبه.

4. مدیریت هوشمند:دستیابی به نظارت و مدیریت هوشمند سیستم های خنک کننده مایع.

5. پایداری محیطی:استفاده از خنک کننده ها و مواد سازگار با محیط زیست.

6. طراحی یکپارچه:ادغام با سایر فناوری ها برای بهبود عملکرد کلی سیستم.

7. کاهش هزینه:کاهش هزینه ها با بلوغ فناوری و مقیاس.

8. قابلیت اطمینان بهبود یافته:افزایش قابلیت اطمینان و پایداری کلی سیستم های خنک کننده مایع.

9. راه حل های سفارشی:ارائه راه حل های خنک کننده مایع سفارشی برای سناریوهای کاربردی مختلف.

10. بازیابی گرما:بررسی استفاده مجدد از گرمای تولید شده توسط سیستم های خنک کننده مایع

 

 

ویژگی های چهارم و سناریوهای کاربردی فن آوری های خنک کننده مایع رایج

 

▲ ویژگی ها و سناریوهای کاربردی فن آوری های خنک کننده مایع رایج

 

 

V حد توان محاسباتی الکتریسیته است

 

بحث در مورد "محاسبات غرب داده شرق"، زیرا IDC/AIDC صنایع پر انرژی هستند، تطبیق توان محاسباتی با برق یک نیاز عملی است. طبق گزارش Omdia 2020، مصرف برق جهانی مراکز داده 2 درصد از کل مصرف برق جامعه را تشکیل می دهد.

 

PUE یک استاندارد مهم برای ارزیابی امکان سنجی اقتصادی و مصرف انرژی پروژه های IDC است. "East Data West Computation" به سطوح PUE مرکز داده بالاتر از استانداردهای فعلی نیاز دارد (به طور کلی به PUE حدود 1.2 برای پروژه های ملی نیاز دارد). هسته اصلی دستیابی به اهداف صرفه جویی در انرژی در تجهیزات صرفه جویی انرژی کنترل دما نهفته است. "East Data West Computation" نشان‌دهنده افزایش قابل‌توجهی در سطح توان محاسباتی کلی چین است و تقاضا برای پشتیبانی از تجهیزات خنک‌کننده کنترل دما و صرفه‌جویی در مصرف انرژی به صورت پشت سر هم افزایش خواهد یافت.

 

PUE=IDC مصرف کل انرژی / مصرف انرژی تجهیزات فناوری اطلاعات

 

مصرف انرژی تجهیزات فناوری اطلاعات=توان نامی در هر کابینت × تعداد کابینت برقی × 24 ساعت × تعداد روز در سال × ضریب بار

 

 

VI بهبود اقتصاد خنک کننده مایع

 

با شکستن ساختار هزینه AIDC، نفوذ خنک کننده مایع به دلیل چگالی توان و نه صرفاً هزینه خنک کننده مایع، قابلیت اقتصادی را نشان داده است.

 

از دیدگاه Capex:ساخت و ساز (هزینه فضا)، توزیع نیرو (ظرفیت نیرو) و هزینه های تجهیزات مدیریت حرارتی (خنک کننده هوا یا خنک کننده مایع) اکثر سرمایه گذاری اولیه را تشکیل می دهند (بدون در نظر گرفتن تجهیزات ICT، سهم هزینه > 50٪).

 

از دیدگاه Opex:برق و استهلاک هزینه‌های عملیاتی اولیه هستند (سهم هزینه می‌تواند بیش از 80 درصد باشد).

 

عامل اصلی در اندازه گیری اقتصادی خنک کننده مایع در صرفه جویی در مصرف برق از طریق بهینه سازی PUE، افزایش چگالی و اینکه آیا اینها می توانند سرمایه گذاری اولیه اضافی در تجهیزات را جبران کنند نهفته است.

 

 

▲ روش بهبود اقتصاد خنک کننده مایع

 

 

VII چارچوب منطقی اقتصاد خنک کننده مایع

 

در ساخت و ساز IDC سنتی، ساخت و ساز، توزیع برق و تهویه مطبوع عوامل اصلی موثر بر امکان سنجی اقتصادی پروژه هستند. با افزایش چگالی توان کابینت ها، تأثیر تجهیزات برق Capex و Opex برق سالانه در مدل تجاری IDC به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

 

 ▲ چارچوب منطقی اقتصاد خنک کننده مایع

 

 

خنک کننده مایع VIII برای قدرت محاسباتی

 

مشابه سیستم قدرت محاسباتی هوش مصنوعی، عملکرد کارآمد و پایدار سیستم های ذخیره انرژی نیز نیازمند شرایط سخت دما و رطوبت است. دما به طور مستقیم بر ظرفیت باتری و کاهش راندمان تأثیر می گذارد و مستقیماً با حوادث فرار حرارتی مرتبط است. در حال حاضر، جریان اصلی فناوری های خنک کننده برای ذخیره انرژی شامل خنک کننده هوا، خنک کننده مایع، خنک کننده لوله حرارتی و خنک کننده با تغییر فاز است. خنک کننده هوا و مایع جریان اصلی صنعت هستند.

با توجه به شبکه ذخیره‌سازی انرژی چین، هزینه باتری در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی حدود 55 درصد، PCS حدود 20 درصد، BMS و EMS ترکیبی حدود 11 درصد است و هزینه مدیریت حرارتی بین 2-4 متغیر است. ٪ بسته به تکنولوژی خنک کننده انتخاب شده است.

 

با ساخت ایستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا و چگالی بالا، مانند نیروگاه‌های انرژی جدید و ذخیره‌سازی خارج از شبکه، که توسط گروه‌های انرژی بزرگ و یکپارچه‌کننده‌های سیستم بزرگ هدایت می‌شوند، نفوذ خنک‌کننده مایع در ذخیره‌سازی انرژی در حال افزایش است. گسترش کنترل دمای ذخیره انرژی از طریق کنترل دمای دقیق IDC، کنترل دمای صنعتی، و کنترل دمای خودروی انرژی جدید، پیشرفت‌های احتمالی آینده را نشان می‌دهد.

 

▲ سیستم های ذخیره انرژی

 

تمرکز پایین دست صنعت کنترل دمای ذخیره انرژی بالا است، با قدرت چانه زنی و اهرم مذاکره قوی. هنگامی که یک صلاحیت عرضه ایجاد شد، رابطه چسبنده است و مزایای حرکت اول را مهم می کند. گواهی تراشه‌های هوش مصنوعی هسته‌ای و سازندگان پایانه، همراه با قابلیت‌های خدمات، موانع اصلی ورود خنک‌کننده مایع در قدرت محاسباتی هستند.

 

کاربرد گسترده سیستم های خنک کننده هوا و مایع در ذخیره سازی انرژی، همراه با رشد سریع تقاضا، قابلیت های تحویل محصول و کنترل هزینه را حیاتی می کند. کاهش هزینه های سرمایه گذاری ICT و IDC از طریق تولید و کنترل هزینه ضروری است.

 

با افزایش ظرفیت ذخیره سازی، تقاضای سفارشی سازی محصول قوی تر می شود. سیستم‌های خنک‌کننده مایع به سفارشی‌سازی بالایی از نظر تعداد مسیرهای جریان، نرخ جریان و سرعت جریان نیاز دارند که مشتریان را وادار می‌کند تا تولیدکنندگانی را با قابلیت‌های طراحی مشترک انتخاب کنند. بخش مولفه بر محصولات استاندارد شده با تغییرات عملکرد قابل توجه در بین محصولات تمرکز دارد، در حالی که بخش سیستم بر محصولات غیر استاندارد تمرکز دارد که نیاز به درک فناوری مدیریت حرارتی و دانش سیستم های ICT و IDC دارد.

 

 

Ⅸ نحوه انتخاب فناوری خنک کننده مایع مناسب

 

انتخاب تکنولوژی خنک کننده مایع مناسب مستلزم در نظر گرفتن عوامل زیر است:

 

1. نیازهای خنک کننده:نیازهای خنک کننده تجهیزات یا سیستم خود را تعیین کنید. برنامه ها و دستگاه های مختلف نیازهای خنک کننده متفاوتی دارند، مانند محاسبات با عملکرد بالا، مراکز داده یا رایانه های شخصی بازی، که ممکن است به قابلیت های خنک کننده قوی تری نیاز داشته باشند.
2. نوع فناوری:انواع مختلف فن آوری های خنک کننده مایع مانند صفحه سرد، غوطه وری و انواع اسپری را بدانید. هر فناوری دارای ویژگی ها و زمینه های کاربردی خود است که نیاز به انتخاب دقیق بر اساس نیازهای خاص دارد.
3. هزینه:فن آوری خنک کننده مایع معمولاً شامل هزینه های بالاتری از جمله هزینه های تجهیزات، نصب و نگهداری است. فناوری متناسب با بودجه خود را انتخاب کنید.
4. فضای مورد نیاز:سیستم های خنک کننده مایع اغلب به فضایی برای نصب و راه اندازی نیاز دارند. اندازه و محدودیت فضای تجهیزات خود را در نظر بگیرید.
5. قابلیت اطمینان و نگهداری:برای اطمینان از ثبات و قابلیت اطمینان سیستم، فناوری خنک کننده مایع و تامین کنندگان قابل اعتماد را انتخاب کنید. نیازهای تعمیر و نگهداری سیستم را برای تسهیل نگهداری و عیب یابی روزانه درک کنید.
6. سازگاری:اطمینان حاصل کنید که فناوری خنک کننده مایع با تجهیزات و اجزای شما سازگار است بدون اینکه به سایر قطعات آسیب وارد کند.
7. عملکرد و کارایی:عملکرد خنک کننده و کارایی فن آوری های خنک کننده مایع مختلف را مقایسه کنید و یکی را انتخاب کنید که نیازهای شما را برآورده می کند.
8. ملاحظات زیست محیطی و ایمنی:اثرات زیست محیطی و ایمنی فناوری خنک کننده مایع را در نظر بگیرید و خنک کننده های سازگار با محیط زیست، غیر سمی و غیر قابل اشتعال را انتخاب کنید.
9. پشتیبانی فنی و خدمات:تامین کننده ای را انتخاب کنید که پشتیبانی فنی و خدمات پس از فروش خوبی را برای رسیدگی سریع به مشکلات ارائه دهد.

 

با در نظر گرفتن همه این عوامل، می توانید مناسب ترین فناوری خنک کننده مایع را برای نیازهای خود انتخاب کنید. قبل از تصمیم گیری، توصیه می شود برای اطلاعات و توصیه های دقیق تر، با تامین کنندگان حرفه ای فناوری خنک کننده مایع مشورت کنید.

 

با پیشرفت فناوری، فناوری خنک‌کننده مایع بالغ‌تر و گسترده‌تر می‌شود و کاربردهای آن به طور مداوم گسترش می‌یابد. در آینده، خنک‌کننده مایع ممکن است با هوش مصنوعی و اینترنت اشیا ادغام شود و منجر به مدیریت هوشمندتر گرما شود. توسعه فن آوری خنک کننده مایع فرصت ها و چالش های بیشتری را برای صنایع مختلف به ارمغان می آورد که مستلزم نوآوری و اکتشاف مستمر است.