Револуција у технологији течног хлађења у центрима података

Са иновативним развојем технологија као што су вештачка интелигенција, рачунарство у облаку и велики подаци, центри података и комуникациона опрема, као информациона инфраструктура, преузимају све већи обим рачунања. Са брзим повећањем рачунарске снаге у дата центрима, повећана је густина снаге појединачних ормара, што поставља веће захтеве за ефикасност одвођења топлоте. С друге стране, у оквиру политике „двоугљеничног“ од центара података, као „главних потрошача енергије“, захтева се да континуирано смањују своје ПУЕ индикаторе како би смањили потрошњу електричне енергије расхладног система. Међутим, традиционално ваздушно хлађење више не може да испуни горе наведене захтеве за расипање топлоте, а појавила се технологија хлађења течном водом.

Врхунски ГПУ за дата центар доступан на тржишту пре 10 година био је НВИДИА К40, са топлотном пројектованом снагом (ТДП) од 235 В. Када је НВИДИА објавила А100 2020. године, ТДП је био близу 400В, а са најновијим Х100 чипом, ТДП је нагло скочио на 700В. Потрошња енергије топлотног дизајна једног АИ чипа високих перформанси достигла је 1000 В. Подразумева се да Интел развија чип који би могао да достигне 1,5 кВ. Конкуренција у вештачкој интелигенцији на крају се своди на конкуренцију у рачунарској снази, а главно уско грло за високе рачунарске чипове је њихова способност одвођења топлоте. Када ТДП чипа пређе 1000В, мора се усвојити технологија хлађења течном водом.

Технологија течног хлађења може ефикасно да реши проблеме примене велике густине и локалног прегревања у рачунарским собама, међу којима хлађење течним уроњавањем има изузетне предности у дисипацији топлоте и уштеди енергије. Течно хлађење потапањем је типична метода хлађења течности са директним контактом, у којој су електронски уређаји уроњени у расхладну течност, а произведена топлота се директно преноси на расхладну течност и спроводи кроз циркулацију течности. Потопљено течно хлађење се може класификовати у два типа: једнофазно имерсионо течно хлађење и хлађење имерсионом течношћу са променом фазе, у зависности од тога да ли ће расхладна течност која се користи доживети промену стања током хлађења електронских уређаја. Предност једнофазног је што су трошкови примене и расхладног медијума нижи и нема ризика од преливања расхладне течности; Предност фазне промене лежи у њеном већем капацитету и граници дисипације топлоте, али и даље заостаје за једнофазним у погледу трошкова и технолошке зрелости.

Једнофазно урањајуће хлађење пружа убедљиво решење за центре података који траже ефикасно и поуздано управљање топлотом. У овој методи, ИТ компоненте су потпуно уроњене у специјално формулисану изолациону течност. Ова течност директно апсорбује топлоту из сервера, слично двофазном хлађењу потапањем. За разлику од двофазних система, једнофазна расхладна течност не кључа и не пролази кроз фазне прелазе. Остаје течност током целог процеса хлађења. Загрејана изолациона течност циркулише кроз измењивач топлоте унутар јединице за хлађење (ЦДУ). Овај измењивач топлоте преноси топлотну енергију независном расхладном медијуму, обично воденом систему затворене петље. Охлађена изолациона течност се затим пумпа назад у резервоар за урањање да би се завршио циклус хлађења.

У двофазном систему за хлађење потапањем, електронске компоненте су уроњене у изоловану течну купку која проводе топлоту, која има много бољу топлотну проводљивост од ваздуха, воде или уља. Разлика између двофазног имерсионог течног хлађења је у томе што расхладна течност пролази кроз фазни прелаз. Пут преноса топлоте двофазног хлађења течним потапањем је у основи исти као код једнофазног хлађења течним потапањем, са главном разликом што расхладно средство на секундарној страни циркулише само у унутрашњем делу коморе за урањање, са врхом комора за урањање је гасовита зона, а дно је зона течности; ИТ опрема је потпуно уроњена у течност за хлађење ниске тачке кључања, која апсорбује топлоту из опреме и кључа. Високотемпературна гасовита расхладна течност произведена испаравањем, због своје мале густине, постепено се скупља на врху коморе за урањање и размењује топлоту са кондензатором инсталираним на врху, кондензујући у течно расхладно средство ниске температуре. Затим тече назад на дно коморе под дејством гравитације, чиме се постиже дисипација топлоте за ИТ опрему.

У процесу иновативног развоја технологије одвођења топлоте, било да се ради о чиповима или електронским уређајима, запремина, цена дизајна, поузданост и други аспекти производа су прагови које предузећа не могу да избегну. Ово су такође проблеми које технологија одвођења топлоте мора да уравнотежи и реши. Различите комбиноване технологије могу се користити за развој производа за различите материјале за дисипацију топлоте, технологије и сценарије примене, како би се пронашло оптимално решење за тренутни образац.