آیا خنک کننده مایع بهترین راه حل خنک کننده برای سرورهای هوش مصنوعی است؟

 

من خنک کننده هوای سنتی بیش از حد سنگین است. فناوری خنک کننده مایع ظهور می کند

 

سه رکن هوش مصنوعی تراشه ها، قدرت محاسباتی و الگوریتم ها هستند. تراشه ها و قدرت محاسباتی محرک های بهره وری هستند و برای دستیابی به قدرت محاسباتی خارق العاده، مردم به طور مداوم به دنبال پردازنده های سریع تر و سخت افزار کارآمدتر هستند. با افزایش قدرت محاسباتی هوش مصنوعی و بهبود عملکرد CPU و GPU، مصرف انرژی تراشه و تولید گرما به همین ترتیب افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، تراشه های گرافیکی سری H200 NVIDIA دارای TDP (قدرت طراحی حرارتی) تا 700 وات هستند.

 

خنک کننده سنتی هوا محدودیت هایی دارد. اصل خنک کننده هوا این است که اجازه دهید هوا بر روی سطح هیت سینک جریان یابد تا گرما را دفع کند. در حال حاضر بهترین کولرهای موجود در بازار می توانند تا 275 وات برق را تحمل کنند. خنک کننده هوای سنتی دیگر نمی تواند نیازهای خنک کننده سرورهای اصلی هوش مصنوعی را برآورده کند.

 

فن آوری خنک کننده مایع ظهور کرده است. اصل خنک کننده مایع به گردش درآوردن یک خنک کننده مایع در داخل سرور است که گرما را از اجزای مولد گرما از طریق تبادل حرارتی جذب می کند. خنک کننده مایع بازده خنک کننده بالاتری را ارائه می دهد و امکان کنترل دقیق مایع خنک کننده را برای سازگاری با محیط های مختلف کاری فراهم می کند، اگرچه هزینه های بالاتری نیز به همراه دارد.

 

خنک کننده مایع به رسمیت شناخته شده است. در ژوئن 2023، سه اپراتور بزرگ مخابراتی چین به طور مشترک "کاغذ سفید فناوری خنک کننده مایع برای اپراتورهای مخابراتی (2023)" را منتشر کردند که به وضوح دو مسیر فنی را تبلیغ می کند: خنک کننده مایع صفحه سرد و خنک کننده مایع غوطه ور تک فاز. آنها همچنین یک طرح تبلیغاتی را برای 2023-2025 تشریح کردند:

 

▲ یک طرح تبلیغاتی برای 2023-2025

 

 

II خنک کننده مایع چیست؟

 

خنک کننده مایع یک روش خنک کننده است که از مایع به عنوان خنک کننده برای انتقال گرمای تولید شده توسط اجزای داخلی تجهیزات فناوری اطلاعات در مراکز داده به خارج استفاده می کند و اطمینان حاصل می کند که قسمت های مولد گرما تجهیزات فناوری اطلاعات در محدوده دمایی ایمن کار می کنند. محلول های خنک کننده مایع جریان اصلی عمدتا به انواع صفحه سرد و انواع غوطه وری تقسیم می شوند. خنک کننده مایع غوطه وری را می توان به خنک کننده غوطه وری تغییر فاز و بدون تغییر فاز تقسیم کرد، بسته به اینکه خنک کننده تحت تغییر فاز قرار گیرد یا خیر.

 

▲ تکنولوژی خنک کننده مایع

 

خنک کننده مایع صفحه سرد با استفاده از یک هیت سینک ساخته شده از فلزاتی مانند مس یا آلومینیوم که رسانایی حرارتی خوبی دارند کار می کند. گرمای تولید شده توسط اجزاء به خنک کننده مایع درون هیت سینک منتقل می شود، که سپس گرما را از بین می برد.

 

خنک‌کننده مایع غوطه‌وری یک روش خنک‌کننده مایع با تماس مستقیم است که در آن تجهیزات فناوری اطلاعات، مانند سرورها (شامل پردازنده‌ها، حافظه، ورودی/خروجی و غیره) به طور کامل در مایع خنک‌کننده غوطه‌ور می‌شوند. خنک شدن از طریق گردش مایع رخ می دهد. فن آوری خنک کننده غوطه وری تغییر فاز که به سرعت در حال توسعه است، با خنک کردن اجزای مولد گرما، تبخیر مایع خنک کننده و سپس متراکم کردن بخار به شکل مایع برای استفاده مجدد کار می کند. این روش راندمان خنک کننده بالاتر و نویز کمتری را ارائه می دهد.

 

 

III آیا همه راه حل های خنک کننده سرور باید با خنک کننده مایع جایگزین شوند؟

 

بدیهی است که نه. روش های خنک کننده مرکز داده شامل هر دو خنک کننده هوای اجباری و خنک کننده مایع است. در حالی که فناوری خنک کننده هوا نسبتاً بالغ است، خنک کننده مایع یک نیاز جدیدتر است که ناشی از افزایش نیازهای خنک کننده مراکز داده در سال های اخیر است.

 

در حال حاضر، مراکز داده در درجه اول دارای سه راه حل خنک کننده هستند:

1. طراحی مراکز داده جدید که صرفاً بر خنک کننده مایع متکی هستند، ایجاد مراکز داده کوچکتر و کارآمدتر با قدرت محاسباتی عظیم.

2. طراحی مراکز داده که عمدتاً از خنک کننده هوا استفاده می کنند اما گزینه های خنک کننده مایع را برای ساده سازی انتقال های آینده در بر می گیرند.

3. اپراتورهای مرکز داده که خنک کننده مایع را در تاسیسات موجود با هوا خنک می کنند، اغلب تا حدی سیستم های خنک کننده هوا را به خنک کننده مایع تبدیل می کنند.

 

▲ روش های خنک کننده توصیه شده برای انواع مختلف مراکز داده

 

 

 

IV خنک کننده مایع با چه چالش هایی مواجه است؟

 

1. مسائل مربوط به هزینه

هزینه سیستم های خنک کننده مایع شامل هزینه های بالای مواد (خنک کننده، سینک حرارتی، لوله کشی و غیره) و همچنین پیچیدگی طراحی و ساخت، هزینه های بالای نصب و نگهداری و نیاز به سرمایه گذاری بیشتر برای دستیابی به قابلیت اطمینان بالا می باشد.

 

2. مسائل مربوط به قابلیت اطمینان

 

ثبات:پایداری شیمیایی مایع خنک کننده ممکن است ناکافی باشد و منجر به تخریب، اکسیداسیون یا تولید مواد مضر در حین استفاده شود که بر اثر خنک کننده و پایداری سیستم تأثیر می گذارد.

 

نشتی:در صورت نشت مایع، انسداد خط لوله یا سایر حوادث، سیستم‌های خنک‌کننده مایع غیرمستقیم موجود ممکن است نتوانند به موقع عیوب را شناسایی کنند و ایمنی سرور را به خطر بیندازند.

 

سازگاری:برخی از تجهیزات مرکز داده ممکن است برای سیستم های خنک کننده مایع مناسب نباشند و نیاز به تطبیق و اصلاح بیشتری دارند.

 

 

V صنایع بالادستی و پایین دستی در خنک کننده مایع کدامند؟

 

اکوسیستم صنعت خنک‌کننده مایع شامل تامین‌کنندگان قطعات بالادستی، ارائه‌دهندگان سرورهای خنک‌کننده مایع میان‌دست، و کاربران توان محاسباتی پایین‌دست، با تمرکز بر صفحه سرد و سیستم‌های خنک‌کننده مایع غوطه‌وری است.

 

▲ اصل سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد

 

▲ اصل سیستم خنک کننده مایع غوطه وری

 

 

1. بالادست

 

▲ بالادست سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد
 

سیستم خنک کننده مایع صفحه سرد عمدتاً از CDU، منبع سرد، خنک کننده، خطوط لوله خنک کننده مایع و کابینت خنک کننده مایع تشکیل شده است. سیستم خنک کننده مایع غوطه وری عمدتاً از CDU، منبع سرد، خطوط لوله خنک کننده مایع، محفظه غوطه وری، تجهیزات فناوری اطلاعات و خنک کننده تشکیل شده است.

 

واحد توزیع خنک کننده (CDU)

CDU برای تبادل گرما بین خنک کننده با دمای بالا در سمت ثانویه و منبع سرد در سمت اولیه استفاده می شود و توزیع خنک کننده را برای تجهیزات فناوری اطلاعات خنک شونده با مایع فراهم می کند و نظارت بر دما، فشار و جریان را مدیریت می کند. عملکردهایی مانند تبادل حرارت، هدایت گردش خون، تصفیه مایع خنک کننده و ذخیره سازی مایعات دارد. CDU عمدتاً از مبدل حرارتی/کندانسور، پمپ گردش خون، فیلتر، مخزن ذخیره مایع و لوازم جانبی (شیرها، خطوط لوله، اتصالات، سنسورها و غیره) تشکیل شده است.

 

منبع سرد

منبع سرمای بیرونی سیستم خنک کننده مایع را می توان بر اساس شرایط از کولرهای خشک، برج های خنک کننده بسته یا چیلرها انتخاب کرد.

 

خطوط لوله خنک کننده مایع

خطوط لوله اجزای ضروری هستند که صفحه سرد تبادل حرارتی، واحد توزیع خنک کننده، واحد تبادل حرارت و منبع سرمای فضای باز را به هم متصل می کنند. به طور کلی، خطوط لوله گردشی را می توان بر اساس روش های مختلف اتصال به انواع اتصال مستقیم (ناهمزمان) و اتصال حلقه (سنکرون) تقسیم کرد.

 

خنک کننده

خنک کننده های متداول برای سیستم های صفحه سرد شامل آب، اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول و غیره است. این خنک کننده ها ظرفیت گرمایی ویژه بالا و ویسکوزیته پایینی دارند که به آنها اجازه می دهد تا گرمای تولید شده توسط تجهیزات را به سرعت جذب کرده و برای دفع به مبدل حرارتی انتقال دهند.

 

خنک کننده های معمول غوطه وری (عایق) شامل روغن معدنی، ترکیبات فلوئوروکربن و غیره می باشد. در این میان، خنک کننده تغییر فاز تنها می تواند از ترکیبات فلوروکربن غیر قابل اشتعال استفاده کند. سازگاری بین محیط خنک کننده و مواد اجزای مختلف یکی از عوامل کلیدی موثر بر عملکرد سیستم خنک کننده مایع تغییر فاز غوطه وری است.

 

در حال حاضر، انواع کمی از مایعات فلوئوردار برای خنک‌سازی با تغییر فاز غوطه‌وری موجود است که تامین‌کننده اصلی آن 3M است. خنک کننده مایع غوطه وری چین هنوز در مراحل ابتدایی خود است.

 

محفظه مهر و موم شده

محفظه برای محتوی مایع خنک کننده تغییر فاز استفاده می شود. محفظه باید در صفحه سرد، خطوط لوله، کانکتورها و سایر قسمت ها آب بندی شود تا از ایمنی بدون نشتی اطمینان حاصل شود، در نتیجه از یکپارچگی انتقال برق و سیگنال و ایمنی مرکز داده اطمینان حاصل شود. بنابراین، قطعات آب بندی سفارشی مورد نیاز است، مانند واشر لاستیکی، کانکتورهای خروجی مایع، کانکتورهای برق، کانکتورهای سیگنال و غیره.

 

کابینت خنک کننده مایع

کابینت خنک کننده مایع عمدتاً از صفحه خنک کننده مایع، منیفولد، خطوط لوله، کانکتورها، کانکتورهای سریع، توزیع کننده مایع و کمپرسور اختیاری تشکیل شده است.

 

صفحه خنک کننده مایع به عنوان یک واحد انتقال حرارت، معادل اواپراتور در یک سیستم تبرید عمل می کند و یک فناوری کلیدی است که برای سیستم تبرید طراحی شده است. به طور کلی از صفحه پوششی، باله ها، صفحه پایه و مهر و موم تشکیل شده است.

منیفولد دستگاهی است که واحد توزیع خنک کننده را به صفحه سرد سرور خنک کننده مایع متصل می کند. به طور معمول در کابینت تعبیه شده است، جریان خنک کننده را به طور یکنواخت در هر لایه صفحه سرد توزیع می کند و پس از جذب گرما، مایع خنک کننده را جمع آوری می کند و آن را از طریق لوله های اتصال به واحد توزیع خنک کننده می فرستد.

 

کانکتور سریع شامل یک بدنه اصلی و یک پایانه انتهایی است. بدنه اصلی واحد اولیه برای دستیابی به عملکرد اتصال سریع و آب بندی کانکتور مایع است، در حالی که ترمینال انتهایی به عنوان درگاه نصب برای نصب و ایمن کردن کانکتور سریع مایع عمل می کند.

 

سیستم کنترل

سیستم کنترل عملکرد سیستم خنک کننده را نظارت و تنظیم می کند، از جمله سنسورهای دما و فشار، که اتلاف گرما را اندازه گیری می کنند و سرعت پمپ یا سرعت جریان خنک کننده را تنظیم می کنند.

 

دستگاه های تصفیه و تصفیه

از فیلترها برای حذف زباله ها و ذرات از مایع خنک کننده استفاده می شود که عملکرد و طول عمر سیستم را تضمین می کند. روش هایی مانند استریلیزاسیون با اشعه ماوراء بنفش یا عملیات شیمیایی می توانند مایع خنک کننده را تصفیه کنند.

 

2. میان جریان

جریان میانی عمدتاً از سیستم های خنک کننده مایع تشکیل شده است که در آن اجزای کلیدی مانند رادیاتورها، پمپ ها، لوله ها و خنک کننده ها در یک سیستم واحد ادغام می شوند. این شرکت ها به سطح مشخصی از تخصص فنی و ظرفیت تولید برای اطمینان از کیفیت و عملکرد محصول نیاز دارند.

 

3. پایین دست

کاربران پایین‌دستی قدرت محاسباتی شامل مراکز داده، ابررایانه‌ها، سرورهای هوش مصنوعی، دستگاه‌های الکترونیکی، وسایل نقلیه انرژی جدید، لیزرها، اینورترها و سایر تجهیزات صنعتی هستند. فناوری خنک کننده مایع حتی در زمینه هوافضا نیز استفاده می شود. به دلیل ویژگی های خنک کننده با راندمان بالا، مراکز داده خنک شونده با مایع و زیرساخت آنها عمدتاً در زمینه های محاسباتی با عملکرد بالا استفاده می شوند. در حال حاضر، صنایعی که از فناوری خنک کننده مایع استفاده می کنند عبارتند از اینترنت، امور مالی، مخابرات، انرژی، زیست شناسی و مراقبت های بهداشتی.

 

در این میان، اینترنت مشتری اصلی مراکز داده خنک‌کننده مایع است، با تقاضای قابل توجه داده، پایگاه کاربر گسترده و حجم تجاری بزرگ. توان محاسباتی مورد نیاز برای مراکز داده بالا است، با چگالی توان تک کابینت بیش از 10 کیلو وات.

 

 

VI صنعتی شدن خنک کننده مایع در چه مرحله ای است؟

 

در حال حاضر، اعتبارسنجی های مختلف مراکز داده خنک شونده با مایع عمدتاً تکمیل شده است و سه سال آینده شاهد گسترش فناوری خنک کننده مایع در مقیاس بزرگ خواهیم بود. از نظر فنی، خنک کننده صفحه سرد راه حل اصلی خنک کننده مایع در بازار باقی می ماند. در زمینه توسعه صنعتی، مدل تحویل تمام پشته، از زیرساخت تا تجهیزات هوش مصنوعی، به یک اتفاق نظر در صنعت تبدیل شده است. در جبهه مشتری، بخش اینترنت و مخابرات، دو بزرگترین مشتری برنامه های صنعت مرکز داده، به رسمیت شناختن مثبتی از فناوری خنک کننده مایع نشان داده اند.

 

بر اساس گزارش شش ماهه سال 2023 که توسط شرکت‌های صنعتی مربوطه فاش شده است، مراکز داده خنک‌شونده مایع آنها بیش از 260 مگاوات ظرفیت جمع‌آوری کرده‌اند که شامل صنایع متعددی مانند فناوری، انرژی، دولت، امور مالی و اینترنت است.

 

 

VII بازار خنک کننده مایع با هوش مصنوعی چقدر بزرگ است؟

 

بر اساس داده‌های Caitong Securities، اندازه بازار مراکز داده خنک‌شونده با مایع چین از 6.999 میلیارد یوان در سال 2022 به بیش از 35.877 میلیارد یوان در سال 2025 خواهد رسید و اندازه بازار خنک‌کننده مایع مرکز داده هوش مصنوعی از 5.552 میلیارد یوان در سال 2022 به افزایش خواهد یافت. 27.964 میلیارد یوان در سال 2025، نشان دهنده نرخ رشد مرکب سالانه 76.2٪ است. بر اساس طبقه بندی محصولات، محصولات خنک کننده مایع غوطه وری، با راندمان خنک کنندگی بالاتر و توانایی کاهش موثر PUE (اثربخشی مصرف انرژی) مراکز داده، انتظار می رود سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص دهند که از 18 درصد در سال 2019 (با سرما) رشد می کند. محصولات خنک کننده مایع بشقاب با 82٪ تا 41٪ در سال 2025.

 

از آنجایی که بازار برای زیرساخت های مرکز داده نیاز به خنک سازی و بهره وری انرژی بالاتری دارد، صنعت پیش بینی می کند که ضریب نفوذ محصولات خنک کننده مایع تا سال 2025 به 20 درصد خواهد رسید و سهم بازار به طور مداوم در حال گسترش است. فصل بهار برنامه های کاربردی در مقیاس بزرگ برای سرورهای خنک شونده با هوش مصنوعی بی سر و صدا نزدیک است!

 

 

VIII شرکت های شناخته شده خنک کننده مایع کدامند؟

 

بازیگران اصلی در بازار خنک کننده مایع صفحه سرد خارج از کشور عبارتند از IBM، CoolIT Systems، Asetek و Motivair، در حالی که بازیگران اصلی در بازار خنک کننده مایع غوطه ور عبارتند از GRC، LiquidStack و Midas.