Дослідження індустрії рідинного охолодження для серверів

 

IDC є типовою галуззю з високим споживанням енергії та стикається з обмеженнями політики споживання енергії. Розвинені регіони запровадили політику обмеження енергоспоживання, і енергоспоживання IDC в ​​основному зосереджено на охолодженні. Споживання теплової енергії серверами штучного інтелекту більш ніж у п’ять разів перевищує споживання звичайних серверів, що вимагає більш ефективного рідинного охолодження для досягнення охолодження та зниження рівня PUE.

 

Завдяки Nvidia та вітчизняним операторам рівень проникнення рідинного охолодження (холодної пластини) на сервери перевищить 10% у 2024 році, увійшовши до стадії швидкого зростання. Очікується, що рівень проникнення рідинного охолодження всередині країни досягне 30% до 2028 року, а обсяг ринку перевищить 20 мільярдів юанів.

 

Найбільш цінними компонентами системи рідинного охолодження є пластини та труби рідинного охолодження. За оцінками, до 2028 року внутрішній ринок становитиме близько 10 мільярдів юанів. Оскільки технічні бар’єри продукту невисокі, компанії, які виходять на ринок на ранньому етапі та встановлюють партнерські відносини з виробниками основних мікросхем і серверів, матимуть значні переваги.

 

Компанії в ланцюзі постачання Nvidia і Huawei матимуть кращі інвестиційні можливості, з особливою увагою до Inovance Technology, Gaolan Co., Ltd., Jingyan Technology і Siquan New Materials.

 

 

I Сервери AI/IDC потребують систем рідинного охолодження

 

1) Високе енергоспоживання серверів штучного інтелекту потребує рідинного охолодження

Стандартний ЦП-сервер із розмірами 4U (737 мм × 437 мм × 178 мм) зазвичай споживає близько 800 Вт електроенергії з тепловіддачею приблизно 200 Вт, що відповідає 50 Вт/U тепловіддачі на одиницю простору. Навпаки, сервер штучного інтелекту, оснащений 8 мікросхемами графічного процесора такого ж розміру, має загальне споживання електроенергії близько 5 кВт і тепловіддачу близько 1000 Вт, що відповідає 250 Вт/U тепловіддачі на одиницю простору, що приблизно в чотири рази перевищує звичайний сервер. Максимальна розсіювана потужність типового сервера з повітряним охолодженням 4U становить 600 Вт, що значно нижче вимог до розсіювання тепла в 1000 Вт для сервера зі штучним інтелектом, тому необхідне рідинне охолодження.

 

▲ Потреби у розсіюванні тепла сервера AI приблизно в 5 разів вищі, ніж у звичайних серверів

 

2) Сервер IDC AI має використовувати системи рідинного охолодження

Щоб підтримувати температуру серверної кімнати на рівні 20-25 градусів, загальний сервер IDC із використанням повітряного охолодження може досягти мінімального PUE 1,3, що ледве відповідає вимогам політики. Однак сервер IDC зі штучним інтелектом, який використовує повітряне охолодження, може досягти PUE лише 1,6. Тому лише за допомогою рідинної системи охолодження можна підтримувати ПУЕ серверної нижче необхідного 1,3.

 

▲ Порівняння різних рішень для охолодження

 

Відповідно до останньої інформації галузевої мережі, Nvidia повністю запровадить рідинне охолодження, починаючи з B100, і запустить повністю індивідуальне рішення рідинного охолодження в 2024 році, що значно прискорить розробку серверів з рідинним охолодженням.

 

 

II Пластини рідинного охолодження/трубки рідинного охолодження

 

1) Оптимізація теплового керування за допомогою пластин рідинного охолодження

Плити рідинного охолодження передають тепло від теплогенеруючих компонентів опосередковано до охолоджувальної рідини, що циркулює в замкнутій системі через холодну пластину, яка зазвичай виготовляється з теплопровідних металів, таких як мідь або алюміній. Потім охолоджуюча рідина відводить тепло. Є чотири ключові технічні вимоги до якості пластин рідинного охолодження: по-перше, висока холодопродуктивність; по-друге, висока надійність для забезпечення герметичності холодної пластини; по-третє, точна конструкція розсіювання тепла, щоб уникнути великої різниці температур у системі; і по-четверте, суворий контроль ваги холодної пластини, щоб запобігти значному зниженню щільності енергії системи охолодження системою охолодження.

 

Пластини рідинного охолодження виготовляються з використанням процесів механічної обробки, що дозволяє вільно проектувати внутрішні розміри каналів і шляхи. Це робить їх придатними для продуктів управління температурою з високою щільністю потужності, нерегулярним розташуванням джерел тепла та обмеженим простором. Вони в основному застосовуються при розробці продуктів охолодження для перетворювачів енергії вітру, фотоелектричних інверторів, IGBT, контролерів двигунів, лазерів, накопичувачів енергії, суперкомп’ютерних серверів та інших галузях, але рідше використовуються в системах живлення акумуляторів.

2) Рідинне охолодження холодної пластини є основним рішенням

 

 

▲ Рішення для холодної пластини та занурювального рідинного охолодження

 

Існує два основних рішення для рідинного охолодження: холодна пластина та занурення. Рішення холодної пластини використовує порожнисту пластину рідинного охолодження, прикріплену до поверхонь ЦП і ГП. Тепло відносить теплоносій, що протікає всередині, знижуючи PUE IDC до 1,2. Рішення для занурення безпосередньо занурює весь сервер у спеціальну ізольовану охолоджуючу рідину, відводячи тепло через циркуляцію рідини. Цей метод може досягти PUE менше 1,1 і в основному використовується для суперкомп’ютерів з надзвичайно високою щільністю потужності. Очікується, що в майбутньому рідинне охолодження холодної пластини стане основним рішенням для рідинного охолодження, на яке припадає понад 90% систем рідинного охолодження.

 

3) Пластини рідинного охолодження та труби рідинного охолодження

 

 

▲ Схема рідинної системи охолодження Cold Plate

 

Система рідинного охолодження холодної пластини складається з трьох основних частин: внутрішньої системи теплопровідності серверного корпусу (пластини та труби рідинного охолодження), зовнішньої системи циркуляції корпусу (насоси, клапани, труби) та зовнішньої системи теплообміну. серверної кімнати (градирні тощо). Серед них система теплообміну та градирні вважаються звичайним електромеханічним обладнанням і мають низьку вартість. Таким чином, цінність рідинної системи охолодження в основному зосереджена на пластинах і трубках рідинного охолодження всередині шасі.