Van luchtkoeling tot vloeistofkoeling: AI stimuleert industriële innovatie
De essentiële reden waarom elektronische apparaten warmte genereren, is het proces waarbij werkenergie wordt omgezet in thermische energie. Warmtedissipatie is ontworpen om problemen met het thermisch beheer van krachtige computerapparatuur aan te pakken, de prestaties van het apparaat te optimaliseren en de levensduur te verlengen door de warmte rechtstreeks van het oppervlak van chips of processors te verwijderen. Met de toename van het energieverbruik van de chip is de warmtedissipatietechnologie geëvolueerd van de lineaire temperatuuregalisatie van eendimensionale warmtepijpen naar de vlakke temperatuuregalisatie van tweedimensionale VC, naar de geïntegreerde temperatuuregalisatie van driedimensionale VC-technologiepaden, en ten slotte naar vloeistofkoelingstechnologie.
3D VC heeft betere koelvoordelen, zoals "efficiënte koeling, uniforme temperatuurverdeling en verminderde hotspots", die kunnen voldoen aan de knelpuntvereisten van warmtedissipatie voor apparaten met hoog vermogen en temperatuuregalisatie in gebieden met een hoge warmtefluxdichtheid. Het kan ook zorgen voor sterkere overklokprestaties en systeemstabiliteit na het overklokken. De thermische geleidbaarheid tussen de warmtepijp/egalisatieplaat is bedoeld om warmte over te dragen naar meerdere geassembleerde warmtepijpen/egalisatieplaten, die thermische contactweerstand hebben en de thermische weerstand van koper zelf; En 3D VC ondergaat, via driedimensionale structuurconnectiviteit, een interne vloeistoffase-overgang en thermische diffusie, waardoor de chipwarmte direct en efficiënt wordt overgedragen naar het distale uiteinde van de tanden voor warmteafvoer.
De koeltechnologie omvat twee typen: luchtkoeling en vloeistofkoeling. Bij luchtgekoelde technologie is het warmteafvoervermogen van heatpipes en VC relatief laag. De bovengrens van de 3D VC-warmteafvoer kan worden uitgebreid tot 1000 W, en beide vereisen een ventilator voor warmteafvoer. De technologie is eenvoudig, goedkoop en geschikt voor de meeste apparaten. Vloeistofkoelingstechnologie heeft een hogere koelefficiëntie, waaronder twee typen: koude plaat en onderdompelingstype. Onder hen is koude plaat een indirecte koelmethode met gematigde initiële investeringen, lagere bedrijfs- en onderhoudskosten, en relatief volwassen. Nvidia GB200 NVL72 maakt gebruik van een koude plaat vloeistofkoelingoplossing; Dompelkoeling is een directe koelmethode met hoge technische eisen en hoge bedrijfs- en onderhoudskosten.
De training en promotie van grote AI-modellen vereisen meer rekenkracht van chips en verbeteren het stroomverbruik van afzonderlijke chips. De temperatuur van de chip beïnvloedt de prestaties. Wanneer de bedrijfstemperatuur van de chip bijna 70-80 graden bedraagt, zullen de prestaties van de chip voor elke temperatuurstijging van 2 graden met ongeveer 10% afnemen. Daarom vergroot de toename van het energieverbruik van een enkele chip de vraag naar warmteafvoer verder. Bovendien heeft de Nvidia B200 een energieverbruik van ruim 1000 W en zit hij dicht bij de bovengrens van luchtgekoelde koeling; Beleid zoals "dual carbon" en "East West Calculation" vereist strikt PUE voor datacenters, en de gemiddelde PUE voor vloeistofkoeling is lager dan die voor luchtkoeling; In termen van TCO liggen de initiële investeringskosten van vloeistofkoeling met koude platen, vergeleken met luchtkoeling, dicht bij die van luchtkoeling, en zijn de daaropvolgende bedrijfskosten lager.
Eenfasige vloeistofgekoelde onderdompelingskast: het is een vloeistofgekoelde server die in de tank is ingebouwd, waarbij de CDU en de tank zijn verbonden door pijpleidingen. De onderste pijpleiding transporteert koelmedium met lage temperatuur naar de tank, en het vloeistofgekoelde medium absorbeert de warmte van de vloeistofgekoelde server. Nadat de temperatuur stijgt, stroomt deze terug naar de CDU en wordt de warmte door de CDU afgevoerd. Deze structuur kan volledige vloeistofkoeling van de server bereiken, en het ventilatorloze ontwerp resulteert in een hogere vermogensdichtheid en een lagere PUE vergeleken met luchtkoeling. Maar de technische moeilijkheid is hoog en de penetratiegraad is relatief laag.
Tweefasige onderdompeling: bij hoge technische eisen kan dit de vermogensdichtheid van het systeem aanzienlijk verhogen. Vanwege het hoge vermogen van de hoofdchip in de server moet het chipoppervlak een verbeterde kookbehandeling ondergaan om de vergassingskern op het oppervlak te vergroten, de efficiëntie van de faseveranderingswarmteoverdracht te verbeteren en een maximale warmtedissipatiedichtheid van meer dan 100 W te bereiken. c㎡.
Gedreven door de ontwikkeling van AI-rekenkracht en beleids-PUE moet de koeltechnologie voortdurend worden geüpgraded om de bedrijfstemperatuur van elektronische apparaten te controleren. De warmtedissipatie op chipniveau zal verschuiven van heatpipe/VC naar efficiëntere 3DVC- en koudeplaatkoelingsoplossingen, waardoor voortdurende innovatie in de chipkoelingstechnologie wordt gestimuleerd.
