Koper of aluminium, wat beter is voor vloeistofkoeling
Met de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentietechnologie, vooral op gebieden als deep learning en grootschalige taalmodellen, is de vraag naar rekenkracht aanzienlijk toegenomen. De huidige AI-modellen, zoals GPT-4o, hebben tientallen of zelfs miljarden parameters en vereisen enorme computerbronnen voor training. Voor het trainen van deze modellen is een groot aantal GPU- of TPU-clusters nodig, die bij volledige belasting een aanzienlijke hoeveelheid warmte genereren. Om real-time respons in toepassingen te kunnen bieden, vereisen veel AI-systemen bovendien een continue werking. Deze systemen worden meestal ingezet in datacenters of edge-computerapparatuur, die ook te maken hebben met een hoog stroomverbruik en problemen met de koeling.
Met de vooruitgang van de chiptechnologie en de snelle groei van de rekenkracht van servers is het bouwen van grote datacenters met een hoge dichtheid en een hoog energieverbruik een noodzakelijke keuze geworden om de rekenkracht en de milieuregelgeving in evenwicht te brengen. Het koelsysteem is een van de belangrijke infrastructuur in datacenters. Bij datacenters met hoge dichtheid wordt traditionele luchtkoeling geconfronteerd met problemen van onvoldoende warmteafvoer en ernstig energieverbruik. Vloeistofkoelingtechnologie is de optimale oplossing geworden om de PUE in datacenters te verminderen, met meer economische voordelen bij 15 kW/kast en meer.
Vloeistofkoelplaattechnologie is een thermische oplossing die de warmte van componenten indirect overdraagt aan een koelvloeistof die is opgesloten in een circulerende pijpleiding via een koude plaat (een gesloten holte bestaande uit metalen met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals koper en aluminium), en vervolgens de koeling gebruikt vloeistof om de warmte af te voeren.
Liquid Cold Plate is de vroegst toegepaste vloeistofkoelingsmethode, met een hoge volwassenheid en een relatief lage prijs. Volgens onderzoeksgegevens is vloeistofkoeling met koude platen goed voor 90% van het marktaandeel in China. Vloeistofkoeling met koude plaat wordt bereikt door de koude plaat stevig aan het verwarmingselement te bevestigen, waarbij de warmte van het verwarmingselement wordt overgedragen naar de koelvloeistof in de koude plaat. Het is eenvoudig, ruw, maar effectief. De penetratiegraad van vloeistofkoelingstechnologie in datacenters zal naar verwachting in 2022 ongeveer 5% tot 8% bedragen, waarbij luchtkoeling nog steeds ruim 90% van het marktaandeel in handen heeft.
De thermische geleidbaarheid van koper is ongeveer 400 W/mK, en de thermische geleidbaarheid van aluminium is ongeveer 235 W/mK. De thermische geleidbaarheid van koper is veel hoger dan die van aluminium. Daarom kunnen koperen koude platen theoretisch de door servers gegenereerde warmte sneller overbrengen naar het koelmiddel, waardoor een efficiëntere warmteafvoer wordt bereikt. Hoewel de thermische geleidbaarheid van aluminium niet zo goed is als die van koper, is de thermische geleidbaarheid ervan relatief hoog, wat voldoende is om te voldoen aan de warmteafvoerbehoeften van de meeste vloeistofgekoelde servers.
De dichtheid van koper is relatief hoog, ongeveer 8,96 g/cm³, wat de koperen koude plaat relatief zwaar maakt. Dit kan bepaalde uitdagingen met zich meebrengen voor het structurele ontwerp en de installatie van de server. Aluminium heeft een lagere dichtheid van ongeveer 2,70 g/cm³, wat veel lichter is dan koper, dus aluminium koude platen hebben een aanzienlijk gewichtsvoordeel. De lage dichtheid van aluminium maakt aluminium koude platen lichter. Dit is niet alleen gunstig voor het verminderen van het totale gewicht van de server, maar kan ook de structurele sterkte van de server tot op zekere hoogte verbeteren. Bovendien is aluminium materiaal lichter, wat gunstig is voor het verminderen van het totale gewicht van servers en het verlagen van de transport- en installatiekosten.
Koperen en aluminium koude platen hebben hun eigen voor- en nadelen bij het gebruik van vloeistofgekoelde servers. In situaties waarin de thermische eisen hoog zijn en de kosten niet de belangrijkste overweging zijn, kunnen koperen koude platen geschikter zijn; Bij het nastreven van kosteneffectiviteit en lichtgewicht kunnen aluminium koude platen meer voordelen bieden. De specifieke selectie moet uitgebreid worden overwogen op basis van de vereisten en beperkingen van het specifieke toepassingsscenario. Als we gedetailleerd inzicht kunnen krijgen in de specifieke situaties zoals warmtebelasting, budget, gewichtsbeperkingen etc. in het toepassingsscenario, kan dit ons helpen nauwkeurigere keuzes te maken.
