Công nghệ làm mát ngâm: Tương lai của quản lý nhiệt trung tâm dữ liệu

Khi mức tiêu thụ điện năng của giá đỡ tăng vọt lên mức chưa từng có, ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu đang trải qua một sự chuyển đổi lớn. Được thúc đẩy bởi các ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) và Điện toán hiệu suất cao (HPC) chuyên sâu về tính toán, các trung tâm dữ liệu đã nhanh chóng chuyển đổi từ việc sử dụng các chiến lược làm mát bằng không khí cho các giá đỡ tản nhiệt 10-20 kilowatt sang hiện nay yêu cầu các hệ thống làm mát có khả năng xử lý các giá đỡ 120 kilowatt được cung cấp bởi siêu chip Grace Blackwell của NVIDIA—chỉ dành cho nhu cầu làm mát của một tủ máy chủ duy nhất!

Công nghệ làm mát bằng không khí truyền thống không còn đủ để giải quyết nhu cầu tản nhiệt cao như vậy, mở đường cho sự phát triển của các giải pháp làm mát bằng chất lỏng tiên tiến. Các tùy chọn làm mát bằng chất lỏng chính thống hiện nay chủ yếu được chia thành hai loại:"trực tiếp đến chip"Và"sự đắm chìm"làm mát. Không giống như các phương pháp làm mát bằng không khí truyền thống, các công nghệ này sử dụng môi trường lỏng như nước hoặc chất lỏng cách điện để tản nhiệt từ thiết bị.

Bài viết này khám phácông nghệ làm mát ngâm, phân tích nguyên lý hoạt động, ưu điểm, thách thức và ứng dụng tiềm năng của nó trong môi trường công suất cao.

Công nghệ làm mát ngâm: Các thành phần hoàn toàn chìm

Công nghệ làm mát nhúng hoàn toàn máy chủ và các linh kiện điện tử khác trong chất lỏng cách điện. Khi thiết bị tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động, nhiệt này được truyền đến môi trường làm mát xung quanh. Chất lỏng được làm nóng nổi lên bề mặt, được dẫn đến hệ thống làm mát để tản nhiệt, sau đó quay trở lại bình chứa chất lỏng ban đầu chứa thiết bị.

Có hai loại làm mát ngâm:

1. Làm mát ngâm một pha

Hệ thống này nhúng toàn bộ máy chủ và thiết bị CNTT vào chất lỏng cách điện. Khi nhiệt độ của các thành phần như CPU ​​hoặc GPU tăng lên, chất lỏng sẽ hấp thụ nhiệt sinh ra. Chất lỏng được làm nóng sau đó được bơm đến một bộ trao đổi nhiệt, tại đó chất lỏng được làm mát và chất lỏng được làm mát được đưa trở lại bình chứa chất lỏng của thiết bị.

Thuận lợi:

● Hấp thụ nhiệt hoàn toàn:Toàn bộ nhiệt lượng do máy chủ tạo ra (GPU, CPU, mô-đun bộ nhớ, v.v.) đều được thu thập và tản ra bởi hệ thống làm mát.

●Chất lỏng cách điện:Đảm bảo các thành phần được bảo vệ khỏi hiện tượng đoản mạch.

Thách thức:

●Giới hạn công suất thiết kế nhiệt (TDP):Khi TDP của GPU vượt quá 700 watt, hệ thống nhúng một pha có thể gặp khó khăn trong việc cung cấp khả năng làm mát hiệu quả.

●Đầu tư cơ sở hạ tầng:Cần phải đầu tư đáng kể cho việc thiết kế lại cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu, bao gồm các bể chứa chất lỏng lớn, nặng. Điều này làm cho nó phù hợp hơn với các trung tâm dữ liệu mới hoặc các cơ sở hiện có có thể đáp ứng được việc cải tạo và gia cố kết cấu quy mô lớn.

●Khả năng tương thích với chất lỏng cách điện:Tất cả các thành phần (máy chủ, đầu nối, bảng mạch in, v.v.) phải tương thích với chất lỏng cách điện để tránh hư hỏng. Điều này thường đòi hỏi thiết bị tùy chỉnh hoặc sửa đổi máy chủ.

●Thiết kế lại về mặt cơ học:Một số thành phần của máy chủ, như đầu nối cáp quang, không hoạt động bình thường trong môi trường ngâm nước và cần phải sửa đổi về mặt cơ học.

●Nguy cơ cháy nổ:Các chất lỏng được sử dụng trong làm mát ngâm, thường có gốc hydrocarbon, dễ cháy và gây ra rủi ro đáng kể nếu xảy ra hỏa hoạn trong trung tâm dữ liệu.

● Khó khăn trong việc bảo trì:Bất kỳ công việc bảo trì nào cũng yêu cầu phải có cần cẩu để lấy máy chủ ra khỏi bể chứa chất lỏng, sau đó phải chờ 30 phút để chất lỏng chảy hết trước khi có thể bắt đầu sửa chữa.

●Vấn đề ô nhiễm:Nếu chất lỏng làm mát bị nhiễm bẩn (ví dụ như nước), cần phải xả và làm sạch bình chứa, điều này có thể khiến hệ thống phải ngừng hoạt động tới một ngày.

2. Làm mát ngâm hai pha

Tương tự như ngâm một pha, hệ thống này nhúng máy chủ và thiết bị CNTT vào chất lỏng cách điện. Tuy nhiên, khi các thành phần nóng lên, chất lỏng bắt đầu sôi và tạo ra hơi nước. Hơi nước này bốc lên đỉnh của bể chứa chất lỏng, nơi lắp đặt mạng lưới đường ống nước làm mát. Hơi nước ngưng tụ khi tiếp xúc với các đường ống làm mát, biến trở lại thành chất lỏng và nhỏ giọt trở lại bể chứa. Trong khi đó, nước nóng trong các đường ống làm mát mang nhiệt ra khỏi thiết bị và ra khỏi trung tâm dữ liệu.

Thuận lợi:

● Hấp thụ nhiệt hoàn toàn:Giống như hệ thống ngâm một pha, hệ thống này hấp thụ hoàn toàn toàn bộ nhiệt từ máy chủ (GPU, CPU, mô-đun bộ nhớ, v.v.) để làm mát hiệu quả.

●Hỗ trợ TDP cao:Hệ thống làm mát ngâm hai pha có thể xử lý tải nhiệt cao hơn nhiều so với hệ thống một pha.

●Chất lỏng cách điện:Ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch, đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn.

Thách thức:

●Khả năng tương thích với chất lỏng cách điện:Tương tự như phương pháp ngâm một pha, tất cả các thành phần phải tương thích với chất lỏng cách điện để tránh hư hỏng, đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng hoặc sửa đổi máy chủ.

●Hư hỏng do bọt khí:Quá trình đun sôi trong hệ thống hai pha có thể gây ra hiện tượng rỗ khí, có thể làm hỏng các thành phần CNTT, bảng mạch in và mối hàn.

●Đầu tư cơ sở hạ tầng:Giống như hệ thống một pha, hệ thống làm mát ngâm hai pha đòi hỏi đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng, bao gồm các bể chứa lớn và kết cấu tòa nhà được gia cố để chịu được trọng lượng bổ sung.

●Thách thức về bảo trì:Do trọng lượng của các bể chứa và thiết bị ngâm, công việc bảo trì thường phải sử dụng cần cẩu, dẫn đến thời gian ngừng hoạt động kéo dài.

●Tác động đến môi trường:Mỗi lần mở bình chứa chất lỏng để bảo trì, hơi chất perfluoroalkyl (PFAS) được giải phóng vào khí quyển. Điều này dẫn đến mất khoảng 10% chất lỏng làm mát hàng năm (hàng trăm lít), góp phần gây ra các mối lo ngại về môi trường.

Kết luận: Tương lai của hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu

Công nghệ làm mát ngâm, với khả năng xử lý hiệu quả tải nhiệt cực cao, đang nhanh chóng trở thành giải pháp chính cho các trung tâm dữ liệu hiện đại, đặc biệt là những trung tâm được thiết kế để hỗ trợ AI, HPC và các ứng dụng chuyên sâu khác. Mặc dù các hệ thống này có những lợi ích rõ ràng về mặt quản lý nhiệt và hiệu quả năng lượng, nhưng cần cân nhắc kỹ lưỡng các yêu cầu về cơ sở hạ tầng đáng kể, khả năng tác động đến môi trường và những thách thức về bảo trì.

Khi nhu cầu về máy tính hiệu suất cao tiếp tục tăng, các hệ thống làm mát ngâm sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các trung tâm dữ liệu có thể mở rộng hiệu quả trong khi vẫn quản lý được nhu cầu tiêu thụ điện năng và tản nhiệt ngày càng tăng.

TạiCông nghệ Tongyu, chúng tôi là nhà cung cấp giải pháp nhiệt hàng đầu. Hãy liên hệ với chúng tôi để được cung cấp các giải pháp làm mát tùy chỉnh phù hợp với nhu cầu của trung tâm dữ liệu của bạn.