De revolutie in vloeistofkoelingtechnologie in datacenters
Met de innovatieve ontwikkeling van technologieën zoals AI, cloud computing en big data, voeren datacentra en communicatieapparatuur, als informatie-infrastructuur, steeds meer berekeningen uit. Met de snelle toename van de rekenkracht in datacenters is de vermogensdichtheid van afzonderlijke kasten toegenomen, wat hogere eisen stelt aan de efficiëntie van de warmteafvoer. Aan de andere kant zijn datacenters, als "grote energieverbruikers", onder het "dual carbon"-beleid verplicht om hun PUE-indicatoren voortdurend te verlagen om het elektriciteitsverbruik van het koelsysteem te verlagen. Traditionele luchtkoeling kan echter niet langer voldoen aan de bovengenoemde vereisten voor warmteafvoer en er is vloeistofkoelingstechnologie ontstaan.
De beste datacenter-GPU die tien jaar geleden op de markt verkrijgbaar was, was de NVIDIA K40, met een thermisch ontwerpvermogen (TDP) van 235 W. Toen NVIDIA in 2020 de A100 uitbracht, lag het TDP bijna 400 W, en met de nieuwste H100-chip schoot het TDP omhoog naar 700 W. Het thermische ontwerp-energieverbruik van een enkele krachtige AI-chip heeft 1000 W bereikt. Het is duidelijk dat Intel een chip ontwikkelt die 1,5 kW kan bereiken. De concurrentie op het gebied van kunstmatige intelligentie komt uiteindelijk neer op concurrentie op het gebied van rekenkracht, en een groot knelpunt voor krachtige rekenchips is hun vermogen om warmte af te voeren. Wanneer het TDP van de chip groter is dan 1000 W, moet vloeistofkoelingstechnologie worden toegepast.
Vloeistofkoelingstechnologie kan effectief de problemen oplossen van implementatie met hoge dichtheid en lokale oververhitting in computerruimtes, waarbij immersievloeistofkoeling uitstekende voordelen heeft op het gebied van warmteafvoer en energiebesparing. Vloeistofkoeling onderdompeling is een typische vloeistofkoelingmethode met direct contact, waarbij elektronische apparaten worden ondergedompeld in een koelvloeistof en de gegenereerde warmte direct wordt overgedragen naar de koelvloeistof en door de circulatie van de vloeistof wordt geleid. Dompelvloeistofkoeling kan in twee typen worden ingedeeld: eenfasige immersievloeistofkoeling en faseveranderingsdompelvloeistofkoeling, afhankelijk van of de gebruikte koelvloeistof een toestandsverandering zal ondergaan tijdens het koelen van elektronische apparaten. Het voordeel van eenfase is dat de inzetkosten en de kosten voor het koelmedium lager zijn en dat er geen risico bestaat op overstroming van koelvloeistof; Het voordeel van faseverandering ligt in de hogere warmtedissipatiecapaciteit en -limiet, maar blijft qua kosten en technologische volwassenheid nog steeds achter bij enkelfasig.
Enkelfasige dompelkoeling biedt een overtuigende oplossing voor datacenters die op zoek zijn naar efficiënt en betrouwbaar thermisch beheer. Bij deze methode worden de IT-componenten volledig ondergedompeld in een speciaal samengestelde isolatievloeistof. Deze vloeistof absorbeert direct de warmte van de server, vergelijkbaar met tweefasige dompelkoeling. In tegenstelling tot tweefasige systemen kookt eenfasige koelvloeistof niet en ondergaat het geen faseovergangen. Het blijft tijdens het gehele koelproces vloeibaar. De verwarmde isolatievloeistof circuleert door de warmtewisselaar in de koeldistributie-eenheid (CDU). Deze warmtewisselaar draagt thermische energie over aan een onafhankelijk koelmedium, doorgaans een watersysteem met gesloten lus. De gekoelde isolatievloeistof wordt vervolgens teruggepompt in de dompeltank om de koelcyclus te voltooien.
In een tweefasig dompelkoelsysteem worden elektronische componenten ondergedompeld in een geïsoleerd warmtegeleidend vloeistofbad, dat een veel betere thermische geleidbaarheid heeft dan lucht, water of olie. Het verschil tussen tweefasige immersievloeistofkoeling is dat het koelmiddel een faseovergang ondergaat. Het warmteoverdrachtspad van tweefasige immersievloeistofkoeling is in principe hetzelfde als dat van eenfasige immersievloeistofkoeling, met als belangrijkste verschil dat het koelmiddel aan de secundaire zijde alleen circuleert in het interne gebied van de immersiekamer, met de bovenkant van waarbij de dompelkamer de gaszone is en de bodem de vloeistofzone is; De IT-apparatuur wordt volledig ondergedompeld in een vloeibaar koelmiddel met een laag kookpunt, dat de warmte van de apparatuur absorbeert en kookt. Het gasvormige koelmiddel met hoge temperatuur dat door verdamping wordt geproduceerd, verzamelt zich vanwege de lage dichtheid geleidelijk aan de bovenkant van de dompelkamer en wisselt warmte uit met de condensor die bovenaan is geïnstalleerd, waardoor het condenseert tot een vloeibaar koelmiddel met lage temperatuur. Vervolgens stroomt het onder invloed van de zwaartekracht terug naar de bodem van de kamer, waardoor warmteafvoer voor de IT-apparatuur wordt bereikt.
In het proces van innovatieve ontwikkeling van warmteafvoertechnologie, of het nu gaat om chips of elektronische apparaten, zijn het volume, de ontwerpkosten, de betrouwbaarheid en andere aspecten van producten drempels die bedrijven niet kunnen vermijden. Dit zijn ook problemen die de warmtedissipatietechnologie in evenwicht moet brengen en oplossen. Verschillende combinatietechnologieën kunnen worden gebruikt om producten te ontwikkelen voor verschillende warmteafvoermaterialen, technologieën en toepassingsscenario's, om zo de optimale oplossing voor het huidige patroon te vinden.
