เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยการแช่: อนาคตของการจัดการความร้อนในศูนย์ข้อมูล

เนื่องจากการใช้พลังงานในตู้แร็คพุ่งสูงขึ้นอย่างไม่เคยมีมาก่อน อุตสาหกรรมศูนย์ข้อมูลจึงต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ โดยขับเคลื่อนด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่เน้นการประมวลผลและแอปพลิเคชันการประมวลผลประสิทธิภาพสูง (HPC) ศูนย์ข้อมูลจึงเปลี่ยนจากการใช้กลยุทธ์ระบายความร้อนด้วยอากาศสำหรับตู้แร็คที่ใช้พลังงาน 10-20 กิโลวัตต์มาเป็นการใช้ระบบระบายความร้อนที่สามารถรองรับตู้แร็คขนาด 120 กิโลวัตต์ที่ขับเคลื่อนด้วยซูเปอร์ชิป Grace Blackwell ของ NVIDIA เพื่อตอบสนองความต้องการในการระบายความร้อนของตู้เซิร์ฟเวอร์เพียงตู้เดียว!

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมไม่เพียงพออีกต่อไปที่จะตอบสนองความต้องการระบายความร้อนสูงดังกล่าว จึงเปิดทางให้กับการพัฒนาโซลูชันระบายความร้อนด้วยของเหลวขั้นสูง ตัวเลือกระบายความร้อนด้วยของเหลวที่เป็นกระแสหลักในปัจจุบันแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ ดังนี้“ส่งตรงถึงชิป”และ“การแช่”การระบายความร้อน ซึ่งแตกต่างจากวิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีเหล่านี้ใช้ของเหลว เช่น น้ำหรือของเหลวที่เป็นฉนวน เพื่อระบายความร้อนออกจากอุปกรณ์

บทความนี้จะสำรวจเทคโนโลยีทำความเย็นด้วยการแช่วิเคราะห์หลักการทำงาน ข้อดี ความท้าทาย และการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูง

เทคโนโลยีการทำความเย็นแบบจุ่ม: ส่วนประกอบที่จมอยู่ใต้น้ำทั้งหมด

เทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยการจุ่มจะทำให้เซิร์ฟเวอร์และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ จมอยู่ในของเหลวที่เป็นฉนวนอย่างสมบูรณ์ ขณะที่อุปกรณ์สร้างความร้อนระหว่างการทำงาน ความร้อนนี้จะถูกถ่ายเทไปยังตัวกลางทำความเย็นโดยรอบ ของเหลวที่ได้รับความร้อนจะลอยขึ้นสู่พื้นผิว ถูกส่งไปยังระบบทำความเย็นเพื่อระบายความร้อน จากนั้นจึงส่งกลับไปยังอ่างเก็บน้ำของเหลวเริ่มต้นที่บรรจุอุปกรณ์

การทำความเย็นด้วยการแช่ มีอยู่ 2 ประเภท:

1. ระบบทำความเย็นแบบจุ่มเฟสเดียว

ระบบนี้จะจุ่มเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์ไอทีทั้งหมดลงในของเหลวที่เป็นฉนวน เมื่ออุณหภูมิของส่วนประกอบต่างๆ เช่น ซีพียูหรือจีพียู เพิ่มขึ้น ของเหลวจะดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้น จากนั้นของเหลวที่ได้รับความร้อนจะถูกสูบไปยังหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งจะทำการลดอุณหภูมิ จากนั้นของเหลวที่ลดอุณหภูมิแล้วจะถูกส่งกลับไปยังอ่างเก็บน้ำของอุปกรณ์

ข้อดี:

●การดูดซับความร้อนอย่างสมบูรณ์:ความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากเซิร์ฟเวอร์ (GPU, CPU, โมดูลหน่วยความจำ ฯลฯ) จะถูกเก็บรวบรวมและกระจายโดยระบบระบายความร้อน

●ของเหลวฉนวน:รับประกันว่าส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการปกป้องจากการลัดวงจร

ความท้าทาย:

●ข้อจำกัดของกำลังออกแบบเชิงความร้อน (TDP):เมื่อ TDP ของ GPU เกิน 700 วัตต์ การแช่แบบเฟสเดียวอาจประสบปัญหาในการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ

●การลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐาน:จำเป็นต้องมีการลงทุนอย่างมากในการออกแบบโครงสร้างพื้นฐานของศูนย์ข้อมูลใหม่ ซึ่งรวมถึงอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่และหนัก ซึ่งทำให้เหมาะสมกว่าสำหรับศูนย์ข้อมูลใหม่หรือสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่ซึ่งสามารถรองรับการปรับปรุงครั้งใหญ่และการเสริมความแข็งแรงโครงสร้าง

●ความเข้ากันได้กับของเหลวฉนวน:ส่วนประกอบทั้งหมด (เซิร์ฟเวอร์ ขั้วต่อ แผงวงจรพิมพ์ ฯลฯ) จะต้องเข้ากันได้กับของเหลวฉนวนเพื่อป้องกันความเสียหาย ซึ่งมักต้องใช้อุปกรณ์พิเศษหรือการดัดแปลงเซิร์ฟเวอร์

● การออกแบบใหม่ทางด้านกลไก:ส่วนประกอบของเซิร์ฟเวอร์บางชิ้น เช่น ขั้วต่อไฟเบอร์ออปติก จะไม่ทำงานอย่างถูกต้องในสภาพแวดล้อมแบบจุ่ม และจำเป็นต้องมีการดัดแปลงทางกลไก

●อันตรายจากไฟไหม้:ของเหลวที่ใช้ในการระบายความร้อนด้วยการจุ่ม ซึ่งมักมีส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน เป็นสารไวไฟและมีความเสี่ยงอย่างมากหากเกิดไฟไหม้ในศูนย์ข้อมูล

●ปัญหาในการบำรุงรักษา:งานบำรุงรักษาใดๆ ก็ตามจำเป็นต้องใช้เครนถอดเซิร์ฟเวอร์ออกจากอ่างเก็บน้ำ และต้องรอให้ของเหลวระบายออกประมาณ 30 นาที จึงจะเริ่มการซ่อมแซมได้

●ปัญหาการปนเปื้อน:หากของเหลวหล่อเย็นปนเปื้อน (เช่น น้ำ) จำเป็นต้องระบายและทำความสะอาดอ่างเก็บน้ำ ซึ่งอาจส่งผลให้ต้องหยุดใช้งานนานถึงหนึ่งวัน

2. ระบบทำความเย็นแบบจุ่มสองเฟส

ระบบนี้คล้ายกับระบบจุ่มแบบเฟสเดียว โดยจะจุ่มเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์ไอทีลงในของเหลวที่เป็นฉนวน อย่างไรก็ตาม เมื่อส่วนประกอบต่างๆ ร้อนขึ้น ของเหลวจะเริ่มเดือดและสร้างไอน้ำ ไอน้ำนี้จะลอยขึ้นไปที่ส่วนบนของอ่างเก็บน้ำซึ่งมีการติดตั้งเครือข่ายท่อน้ำหล่อเย็น ไอน้ำจะควบแน่นเมื่อสัมผัสกับท่อระบายความร้อน แล้วเปลี่ยนกลับเป็นของเหลวและหยดกลับเข้าไปในอ่างเก็บน้ำ ในขณะเดียวกัน น้ำที่ได้รับความร้อนในท่อระบายความร้อนจะพาความร้อนออกจากอุปกรณ์และออกจากศูนย์ข้อมูล

ข้อดี:

●การดูดซับความร้อนอย่างสมบูรณ์:ระบบนี้ดูดซับความร้อนทั้งหมดจากเซิร์ฟเวอร์ (GPU, CPU, โมดูลหน่วยความจำ ฯลฯ) เพื่อการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ เหมือนกับการจุ่มแบบเฟสเดียว

● รองรับ TDP สูง:ระบบทำความเย็นแบบจุ่มสองเฟสสามารถรองรับภาระความร้อนที่สูงกว่ามากเมื่อเทียบกับระบบเฟสเดียว

●ของเหลวฉนวน:ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ให้การทำงานของอุปกรณ์ปลอดภัย

ความท้าทาย:

●ความเข้ากันได้กับของเหลวฉนวน:คล้ายกับการจุ่มแบบเฟสเดียว ส่วนประกอบทั้งหมดจะต้องเข้ากันได้กับของเหลวฉนวนเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษหรือการดัดแปลงเซิร์ฟเวอร์

●ความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศ:กระบวนการต้มในระบบสองเฟสอาจทำให้เกิดโพรงอากาศ ซึ่งอาจสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบไอที แผงวงจรพิมพ์ และจุดบัดกรีได้

●การลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐาน:เช่นเดียวกับระบบเฟสเดียว ระบบทำความเย็นแบบจุ่มสองเฟสต้องได้รับการลงทุนอย่างหนักในโครงสร้างพื้นฐาน รวมถึงอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่และโครงสร้างอาคารที่เสริมแรงเพื่อรองรับน้ำหนักเพิ่มเติม

●ความท้าทายในการบำรุงรักษา:เนื่องจากน้ำหนักของอ่างเก็บน้ำและอุปกรณ์จุ่ม งานบำรุงรักษาจึงต้องมีเครน ส่งผลให้ต้องหยุดทำงานเป็นเวลานาน

●ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม:ทุกครั้งที่เปิดอ่างเก็บน้ำเพื่อการบำรุงรักษา ไอสารเพอร์ฟลูออโรอัลคิล (PFAS) จะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ส่งผลให้สูญเสียของเหลวหล่อเย็นประมาณ 10% ต่อปี (หลายร้อยลิตร) ซึ่งส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม

บทสรุป: อนาคตของการทำความเย็นศูนย์ข้อมูล

เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยการจุ่ม ซึ่งมีความสามารถในการจัดการกับภาระความร้อนที่สูงมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำลังกลายมาเป็นโซลูชันสำคัญสำหรับศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งศูนย์ข้อมูลที่ออกแบบมาเพื่อรองรับ AI, HPC และแอปพลิเคชันเข้มข้นอื่นๆ แม้ว่าระบบเหล่านี้จะมีประโยชน์ที่ชัดเจนในแง่ของการจัดการความร้อนและประสิทธิภาพด้านพลังงาน แต่ควรพิจารณาข้อกำหนดด้านโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ศักยภาพในการส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และความท้าทายในการบำรุงรักษาอย่างรอบคอบ

เนื่องจากความต้องการในการประมวลผลประสิทธิภาพสูงยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ระบบระบายความร้อนจึงพร้อมที่จะมีบทบาทสำคัญในการทำให้แน่ใจว่าศูนย์ข้อมูลสามารถปรับขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะเดียวกันก็จัดการกับการใช้พลังงานและความต้องการกระจายความร้อนที่เพิ่มมากขึ้น

ที่เทคโนโลยีทงหยูเราเป็นผู้ให้บริการโซลูชันระบายความร้อนชั้นนำ อย่าลังเลที่จะติดต่อเราเพื่อรับโซลูชันระบายความร้อนที่ปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการของศูนย์ข้อมูลของคุณ