تحقیق در مورد صنعت خنک کننده مایع برای سرورها

 

IDC یک صنعت معمولی با مصرف انرژی بالا است و با محدودیت های سیاست مصرف انرژی مواجه است. مناطق توسعه یافته سیاست های محدودیت مصرف انرژی را معرفی کرده اند و مصرف انرژی IDC عمدتاً بر خنک کننده متمرکز است. مصرف انرژی حرارتی سرورهای هوش مصنوعی بیش از پنج برابر سرورهای معمولی است و برای دستیابی به خنک کننده و کاهش سطوح PUE به خنک کننده مایع کارآمدتر نیاز دارد.

 

با هدایت انویدیا و اپراتورهای داخلی، نرخ نفوذ خنک کننده مایع (صفحه سرد) در سرورها در سال 2024 از 10٪ فراتر خواهد رفت و وارد مرحله رشد سریع می شود. انتظار می رود که نرخ نفوذ خنک کننده مایع داخلی تا سال 2028 با اندازه بازار بیش از 20 میلیارد RMB به 30٪ برسد.

 

با ارزش ترین اجزای یک سیستم خنک کننده مایع، صفحات و لوله های خنک کننده مایع هستند. تخمین زده می شود که بازار داخلی تا سال 2028 حدود 10 میلیارد یوان یوان باشد. از آنجایی که موانع فنی محصول زیاد نیست، شرکت هایی که زودتر وارد بازار می شوند و با تولیدکنندگان تراشه های اصلی و سرور همکاری می کنند، مزایای قابل توجهی خواهند داشت.

 

شرکت‌های زنجیره تامین Nvidia و Huawei با توجه ویژه به فناوری Innovance، Gaolan Co., Ltd.، Jingyan Technology و Siquan New Materials، فرصت‌های سرمایه‌گذاری بهتری خواهند داشت.

 

 

I سرورهای هوش مصنوعی/IDCها به سیستم های خنک کننده مایع نیاز دارند

 

1) مصرف انرژی بالای سرورهای هوش مصنوعی به خنک کننده مایع نیاز دارد

یک سرور CPU استاندارد با ابعاد 4U (737 میلی‌متر × 437 میلی‌متر × 178 میلی‌متر) معمولاً حدود 800 وات برق مصرف می‌کند، با خروجی حرارتی تقریباً 200 وات، که معادل 50 وات بر واحد گرما در واحد فضا است. در مقابل، یک سرور هوش مصنوعی مجهز به 8 تراشه GPU با فرمت یکسان، مصرف انرژی کل در حدود 5 کیلو وات و توان حرارتی خروجی حدود 1000 وات دارد که معادل 250 وات بر واحد گرما در واحد فضا است که تقریباً چهار برابر یک سرور معمولی حداکثر اتلاف توان یک سرور معمولی با هوا خنک کننده 4U 600 وات است که بسیار کمتر از نیازهای اتلاف حرارت 1000 وات یک سرور هوش مصنوعی است که خنک کننده مایع را ضروری می کند.

 

▲ نیازهای اتلاف گرمای سرور هوش مصنوعی حدود 5 برابر بیشتر از سرورهای معمولی است

 

2) IDC های سرور AI باید از سیستم های خنک کننده مایع استفاده کنند

برای حفظ دمای اتاق سرور بین 20-25 درجه، یک IDC سرور عمومی با استفاده از خنک‌کننده هوا می‌تواند به حداقل PUE 1.3 برسد که به سختی الزامات خط‌مشی را برآورده می‌کند. با این حال، IDC سرور AI با استفاده از خنک کننده هوا تنها می تواند PUE 1.6 را به دست آورد. بنابراین، تنها با استفاده از سیستم خنک کننده مایع می توان PUE اتاق سرور را زیر 1.3 مورد نیاز نگه داشت.

 

▲ مقایسه راه حل های مختلف خنک کننده

 

بر اساس آخرین اطلاعات زنجیره صنعت، انویدیا به طور کامل خنک کننده مایع را با شروع B100 اتخاذ خواهد کرد و یک راه حل خنک کننده مایع کاملاً سفارشی را در سال 2024 راه اندازی خواهد کرد که به طور قابل توجهی توسعه سرورهای خنک کننده مایع را سرعت می بخشد.

 

 

II صفحات خنک کننده مایع/لوله های خنک کننده مایع

 

1) بهینه سازی مدیریت حرارتی با صفحات خنک کننده مایع

صفحات خنک کننده مایع گرما را از اجزای مولد گرما به طور غیرمستقیم به مایع خنک کننده ای که در یک سیستم حلقه بسته در گردش است از طریق صفحه سرد که معمولاً از فلزات رسانای حرارتی مانند مس یا آلومینیوم ساخته شده است، منتقل می کند. سپس مایع خنک کننده گرما را از خود دور می کند. چهار الزام فنی کلیدی برای کیفیت صفحات خنک کننده مایع وجود دارد: اول، ظرفیت خنک کننده بالا. دوم، قابلیت اطمینان بالا برای اطمینان از مهر و موم صفحه سرد. سوم، طراحی دقیق اتلاف حرارت برای جلوگیری از اختلاف دمای زیاد در سیستم. و چهارم، کنترل دقیق وزن صفحه سرد برای جلوگیری از کاهش چشمگیر چگالی انرژی سیستم کلی توسط سیستم خنک کننده.

 

صفحات خنک کننده مایع با استفاده از فرآیندهای ماشینکاری تولید می شوند و اجازه می دهند ابعاد و مسیرهای کانال داخلی آزادانه طراحی شوند. این باعث می شود آنها برای محصولات مدیریت حرارتی با چگالی توان بالا، چیدمان نامنظم منبع گرما و محدودیت فضا مناسب باشند. آنها عمدتاً در طراحی محصولات خنک کننده برای مبدل های برق بادی، اینورترهای فتوولتائیک، IGBT ها، کنترل کننده های موتور، لیزرها، منابع تغذیه ذخیره انرژی، سرورهای ابر محاسباتی و سایر زمینه ها استفاده می شوند، اما کمتر در سیستم های باتری قدرت استفاده می شوند.

2) خنک کننده مایع صفحه سرد راه حل اصلی است

 

 

▲ صفحه سرد و محلول های خنک کننده مایع غوطه ور

 

دو راه حل اصلی خنک کننده مایع وجود دارد: صفحه سرد و غوطه وری. محلول صفحه سرد از یک صفحه خنک کننده مایع توخالی متصل به سطوح CPU و GPU استفاده می کند. گرما توسط مایع خنک کننده ای که در داخل جریان دارد منتقل می شود و PUE IDC را به 1.2 کاهش می دهد. محلول غوطه وری مستقیماً کل سرور را در یک مایع خنک کننده عایق بندی شده خاص غوطه ور می کند و گرما را از طریق گردش مایع از بین می برد. این روش می تواند به PUE کمتر از 1.1 برسد و عمدتاً برای ابررایانه هایی با چگالی توان بسیار بالا استفاده می شود. انتظار می رود که خنک کننده مایع صفحه سرد در آینده به راه حل اصلی خنک کننده مایع تبدیل شود و بیش از 90٪ از سیستم خنک کننده مایع را به خود اختصاص دهد.

 

3) صفحات خنک کننده مایع و لوله های خنک کننده مایع

 

 

▲ شماتیک سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد

 

یک سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد از سه بخش اصلی تشکیل شده است: سیستم انتقال حرارت داخلی شاسی سرور (صفحات و لوله های خنک کننده مایع)، سیستم گردش خارجی شاسی (پمپ ها، شیرها، لوله ها) و سیستم تبادل حرارت خارجی. اتاق سرور (برج های خنک کننده و غیره). در این میان سیستم تبادل حرارت و برج های خنک کننده از تجهیزات الکترومکانیکی رایج محسوب می شوند و ارزش کمی دارند. بنابراین، ارزش سیستم خنک کننده مایع عمدتاً بر روی صفحات خنک کننده مایع و لوله های داخل شاسی متمرکز است.