Ključne tačke tekućeg hlađenja u evoluciji i praktičnim primjenama računarske moći umjetne inteligencije

 

 

Poslednjih godina, sa brzim razvojem tehnologija kao što su veštačka inteligencija, veliki podaci i veliki modeli, potražnja za efikasnim hlađenjem stalno raste. Tehnologija hlađenja tekućinom zadobila je široku pažnju i primjenu. Mnoge poznate kompanije investirale su u istraživanje i primjenu tehnologije hlađenja tekućinom, pokrećući njenu stalnu inovaciju i razvoj. Primjena tehnologije tekućeg hlađenja također se postepeno širi u poljima kao što su 5G komunikacija i rubno računanje, pružajući snažnu podršku njihovom rastu.

 

Prema agencijama za istraživanje tržišta, očekuje se da će globalno tržište tekućeg hlađenja održati brz rast u narednim godinama, dostižući milijarde dolara do 2025. Na kineskom tržištu primjena tehnologije hlađenja tekućinom također se postepeno povećava, a veličina tržišta je očekuje se udvostručenje u narednih nekoliko godina.

 

 

I Evolucija računarske snage i hlađenja

 

U evoluciji računarske snage, hlađenje igra ključnu ulogu. Svaki veći napredak u računarskoj snazi ​​često je bio praćen poboljšanjima u tehnologiji hlađenja. U početku je hlađenje zrakom bilo primarna metoda, korištenjem ventilatora za pomicanje zraka i odvođenje topline. Ovo je tradicionalnija i uobičajena metoda hlađenja.

 

Kako je računarska snaga rasla i proizvodnja toplote rasla, pojavila se efikasnija tehnologija hlađenja toplotnih cevi. Toplotne cijevi prenose toplinu kroz isparavanje i kondenzaciju radnog fluida, nudeći dobru toplinsku provodljivost. Tehnologija hlađenja tečnostima postepeno je postala istaknuta, efikasno apsorbujući i prenoseći toplotu kroz cirkulišuću tečnost, obezbeđujući veću efikasnost u poređenju sa vazdušnim hlađenjem. Kako zahtevi za računarstvom u heterogenim, HPC i AI sistemima nastavljaju da rastu, važnost tečnog hlađenja postaje sve očiglednija.

 

▲ Iza evolucije tehnologije hlađenja stoji kontinuirano mijenjanje tehnologije čipova

 

Napredno pakovanje postalo je ključni put za proširenje Murovog zakona kako se poluprovodnički procesi približavaju fizičkim granicama. Pored smanjenja veličine uređaja kroz procesne tehnologije, razvoja novih materijala i poboljšanja struktura kola kako bi se povećala gustoća tranzistora, promena metoda pakovanja kako bi se povećao kapacitet integrisanog kola je takođe važan pravac. U scenarijima kao što su 2.5D i 3D pakovanje sa više čipova, koje poboljšavaju performanse sistema, tečno hlađenje postaje neophodno u rješenjima za hlađenje visoke efikasnosti jer se povećava gustina snage sistema i topline u okvirima računarske mreže.

 

Kako AI obuka i zaključivanje rekonstruišu računarske mrežne arhitekture, stopa rasta parametara velikih modela je znatno brža od one GPU memorije. Visoka integracija, velika memorija i multi-GPU sistemi su pogodniji za obuku i zaključivanje velikih modela. Sa značajno povećanom gustinom čipova u AIDC ormarićima, evolucija od tradicionalnog hlađenja do efikasnog tečnog hlađenja je neizbježna.

 

▲ AIDC ormari

 

 

II Scenariji primjene i tehnologija hlađenja tekućinom

 

Na nivou čipa, kada tipična potrošnja energije čipa prelazi 300 W, potrebno je tečno hlađenje kako bi se osiguralo oslobađanje računarske snage. Na nivou sistema, snaga AI servera je porasla sa nivoa od 10 kW na desetine kW po ormariću, stvarajući hitnu potrebu za prodorom tečnog hlađenja. Na nivou data centra, jedini način da se IDC PUE smanji sa iznad 1,5 na 1,2 je usvajanje tečnog hlađenja.

 

Trenutno, glavna rješenja za hlađenje tekućinom u Kini uključuju hladne ploče, potapanje i raspršivanje, pri čemu je hladna ploča najšire korištena.

 

 

▲ Tipovi hladnih ploča, potapanja i spreja

 

▲ Hladna ploča, fazna promena, jednofazno utapanje i hlađenje sprejom

 

Kako se zahtjevi za performansama računara povećavaju, tehnologija tekućeg hlađenja igra ključnu ulogu u sljedećim ključnim scenarijima primjene:

1. Data centri:Rashladni serveri i druga IT oprema za poboljšanje energetske efikasnosti i smanjenje operativnih troškova.

2. Superkompjuteri:Rukovanje velikim računarskim zadacima kako bi se osigurale visoke performanse i stabilnost.

3. Vještačka inteligencija:Obuka i pokretanje modela dubokog učenja za ubrzanje računanja.

4. Medicinski uređaji:Održavanje opreme poput MRI mašina na radnim temperaturama.

5. Industrijska proizvodnja:Oprema za hlađenje za poboljšanje efikasnosti proizvodnje i kvaliteta proizvoda.

6. Električno vozilo:Paketi baterija za hlađenje za produženje vijeka trajanja baterije i poboljšanje sigurnosti.

7. Vazduhoplovstvo:Elektronika za hlađenje i komponente motora.

8. Istraživanje:Hlađenje razne eksperimentalne opreme.

9. Kompjuteri za igre:Pružanje rješenja za hlađenje visokih performansi.

10. Rudarstvo kriptovaluta:Održavanje efikasnog rada rudarske opreme.

 

 

III Trendovi razvoja tehnologije hlađenja tekućinom

 

U kontekstu uštede energije i smanjenja emisija, prednosti tehnologije tekućeg hlađenja postepeno postaju očigledne, a pojavljuje se nekoliko novih trendova:

1. Veća efikasnost:Kontinuirano poboljšanje efikasnosti hlađenja kako bi se zadovoljili rastući zahtevi računara.

2. Manja potrošnja energije:Smanjenje potrošnje energije kroz optimizirani dizajn i materijale.

3. Šire primjene:Širenje na više polja kao što su 5G komunikacija i rubno računarstvo.

4. Pametno upravljanje:Postizanje inteligentnog nadzora i upravljanja tečnim rashladnim sistemima.

5. Održivost životne sredine:Korištenje ekološki prihvatljivih rashladnih sredstava i materijala.

6. Integrisani dizajn:Integracija sa drugim tehnologijama za poboljšanje ukupnih performansi sistema.

7. Smanjenje troškova:Smanjenje troškova kako tehnologija sazrijeva i raste.

8. Poboljšana pouzdanost:Povećanje ukupne pouzdanosti i stabilnosti sistema za tečno hlađenje.

9. Prilagođena rješenja:Pružanje prilagođenih rješenja za hlađenje tekućinom za različite scenarije primjene.

10. Povrat topline:Istraživanje ponovne upotrebe toplote koju generišu sistemi za hlađenje tečnosti.

 

 

IV Karakteristike i scenariji primjene uobičajenih tehnologija hlađenja tekućinom

 

▲ Karakteristike i scenariji primjene uobičajenih tehnologija hlađenja tekućinom

 

 

V Granica računarske snage je električna energija

 

Razgovarajući o "East Data West Computation", pošto su IDC/AIDC industrije koje troše veliku energiju, usklađivanje računarske snage sa električnom energijom je praktična potreba. Prema Omdia 2020, globalna potrošnja električne energije u podatkovnim centrima čini 2% ukupne potrošnje električne energije u društvu.

 

PUE je važan standard za procjenu ekonomske izvodljivosti i potrošnje energije IDC projekata. "East Data West Computation" zahtijeva nivoe PUE centra podataka više od trenutnih standarda (generalno zahtijevajući PUE oko 1.2 za nacionalne projekte). Srž za postizanje ciljeva uštede energije leži u opremi za uštedu energije za kontrolu temperature. "East Data West Computation" označava značajno povećanje ukupne kineske računarske snage, a potražnja za podrškom za hlađenje i opremu za uštedu energije će se istovremeno povećati.

 

PUE=IDC ukupna potrošnja energije / potrošnja energije IT opreme

 

Potrošnja energije IT opreme=nazivna snaga po ormaru × broj napajanih ormara × 24 sata × broj dana u godini × faktor opterećenja

 

 

VI Poboljšanje ekonomije hlađenja tekućinom

 

Razbijajući strukturu troškova AIDC-a, penetracija tečnog hlađenja je već pokazala ekonomsku održivost, zbog gustine snage, a ne samo zbog troškova tekućeg hlađenja.

 

Iz perspektive kapitalnih ulaganja:troškovi izgradnje (troškovi prostora), distribucije energije (kapacitet snage) i troškovi opreme za upravljanje toplinom (zračno ili tečno hlađenje) čine većinu početnih investicija (ne uzimajući u obzir ICT opremu, udio troškova > 50%).

 

Iz perspektive Opex-a:električna energija i amortizacija su primarni tekući operativni troškovi (udio troškova može premašiti 80%).

 

Ključni faktor u mjerenju ekonomičnosti tekućeg hlađenja leži u uštedi električne energije koja se postiže optimizacijom PUE, povećanom gustinom i da li oni mogu nadoknaditi dodatna početna ulaganja u opremu.

 

 

▲ Metoda poboljšanja ekonomije hlađenja tekućinom

 

 

VII Logički okvir ekonomije hlađenja tekućinom

 

U tradicionalnim IDC troškovima izgradnje, izgradnja, distribucija električne energije i klimatizacija su ključni faktori koji utiču na ekonomsku izvodljivost projekta. Kako se povećava gustina snage ormara, utjecaj energetske opreme Capex i godišnjih Opexa električne energije u IDC poslovnom modelu značajno je porastao.

 

 ▲ Logički okvir ekonomije hlađenja tekućinom

 

 

VIII Tečno hlađenje za računarsku snagu

 

Slično AI računarskom sistemu napajanja, efikasan i stabilan rad sistema za skladištenje energije takođe zahteva stroge uslove temperature i vlažnosti. Temperatura direktno utiče na kapacitet baterije i degradaciju efikasnosti, i direktno je povezana sa incidentima toplotnog bekstva. Trenutno, glavne tehnologije hlađenja za skladištenje energije uključuju hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom, hlađenje toplotnih cijevi i hlađenje s promjenom faze. Vazdušno i tečno hlađenje su glavna struja industrije.

Prema China Energy Storage Network, trošak baterije u sistemima za skladištenje energije iznosi oko 55%, PCS čini oko 20%, BMS i EMS zajedno čine oko 11%, a cijena upravljanja toplinom varira između 2-4 % u zavisnosti od odabrane tehnologije hlađenja.

 

Sa izgradnjom stanica za skladištenje energije velikog kapaciteta, velike gustine, kao što su nove energetske elektrane i skladištenje van mreže, koje pokreću velike energetske grupe i veliki sistemski integratori, prodor tečnog hlađenja u skladište energije se povećava. Proširenje kontrole temperature skladištenja energije iz IDC precizne kontrole temperature, industrijske kontrole temperature i kontrole temperature novih energetskih vozila sugerira mogući budući razvoj.

 

▲ Sistemi za skladištenje energije

 

Nizvodna koncentracija industrije kontrole temperature skladištenja energije je visoka, sa jakom moći pregovaranja i pregovaračkom polugom. Jednom kada se uspostavi kvalifikacija ponude, odnos je ljepljiv, što čini prednosti prvog pokretača važnima. Certifikacija jezgre AI čipova i proizvođača terminala, zajedno sa servisnim mogućnostima, ključne su barijere za ulazak tekućine za hlađenje u računarsku snagu.

 

Široka primjena sistema za hlađenje zraka i tekućine u skladištenju energije, zajedno sa brzim rastom potražnje, čini mogućnosti isporuke proizvoda i kontrolu troškova kritičnim. Smanjenje troškova ulaganja u ICT i IDC kroz proizvodnju i kontrolu troškova je od suštinskog značaja.

 

Kako se kapacitet skladištenja povećava, zahtjevi za prilagođavanjem proizvoda postaju sve jači. Sistemi za hlađenje tekućinom zahtijevaju veliku prilagodbu u smislu broja puteva protoka, brzina protoka i brzina protoka, što podstiče kupce da izaberu proizvođače sa mogućnostima zajedničkog dizajna. Segment komponenti se fokusira na standardizovane proizvode sa značajnim varijacijama u performansama među proizvodima, dok se segment sistema fokusira na nestandardne proizvode, koji zahtevaju razumevanje tehnologije upravljanja toplotom i poznavanje ICT i IDC sistema.

 

 

Ⅸ Kako odabrati pravu tehnologiju hlađenja tekućinom

 

Odabir odgovarajuće tehnologije hlađenja tekućinom zahtijeva razmatranje sljedećih faktora:

 

1. Potrebe za hlađenjem:Odredite potrebe za hlađenjem vaše opreme ili sistema. Različite aplikacije i uređaji imaju različite zahtjeve za hlađenjem, kao što su računari visokih performansi, podatkovni centri ili računari za igre, kojima su možda potrebne jače mogućnosti hlađenja.
2. Vrsta tehnologije:Razumjeti različite vrste tehnologija hlađenja tekućinom, kao što su hladne ploče, uranjanje i vrste raspršivanja. Svaka tehnologija ima svoje karakteristike i primenljiva područja, koja zahtevaju pažljiv odabir na osnovu specifičnih potreba.
3. Cijena:Tehnologija hlađenja tekućinom općenito uključuje veće troškove, uključujući troškove opreme, instalacije i održavanja. Odaberite tehnologiju koja odgovara vašem budžetu.
4. Zahtjevi za prostor:Sistemi za hlađenje tekućinom često zahtijevaju malo prostora za instalaciju i rad. Uzmite u obzir veličinu i prostorna ograničenja vaše opreme.
5. Pouzdanost i održavanje:Odaberite pouzdanu tehnologiju hlađenja tekućinom i dobavljače kako biste osigurali stabilnost i pouzdanost sistema. Shvatite zahtjeve za održavanjem sistema kako biste olakšali svakodnevno održavanje i rješavanje problema.
6. Kompatibilnost:Uvjerite se da je tehnologija hlađenja tekućinom kompatibilna s vašom opremom i komponentama bez izazivanja oštećenja drugih dijelova.
7. Performanse i efikasnost:Uporedite performanse hlađenja i efikasnost različitih tehnologija hlađenja tekućinom i odaberite onu koja odgovara vašim potrebama.
8. Razmatranja okoliša i sigurnosti:Uzmite u obzir utjecaj na okoliš i sigurnost tehnologije hlađenja tekućinom, odlučite se za ekološki prihvatljive, netoksične i nezapaljive rashladne tekućine.
9. Tehnička podrška i usluge:Odaberite dobavljača koji nudi dobru tehničku podršku i postprodajne usluge za brzo rješavanje problema.

 

Uzimajući u obzir sve ove faktore, možete odabrati najprikladniju tehnologiju hlađenja tekućinom za svoje potrebe. Prije donošenja odluke, preporučljivo je konsultovati profesionalne dobavljače tehnologije hlađenja tekućinom za detaljnije informacije i preporuke.

 

Kako tehnologija bude napredovala, tehnologija hlađenja tekućinom će postati zrelija i raširenija, a aplikacije će se kontinuirano širiti. U budućnosti bi se tečno hlađenje moglo integrirati s AI i IoT-om, što će dovesti do inteligentnijeg upravljanja toplinom. Razvoj tehnologije hlađenja tekućinom će donijeti više mogućnosti i izazova različitim industrijama, koje zahtijevaju stalne inovacije i istraživanja.