Od vzduchového chlazení po kapalinové chlazení, AI řídí průmyslové inovace
Základním důvodem, proč elektronická zařízení generují teplo, je proces přeměny pracovní energie na tepelnou energii. Odvod tepla je navržen tak, aby řešil problémy s řízením teploty ve vysoce výkonných počítačových zařízeních, optimalizoval výkon zařízení a prodlužoval životnost přímým odstraňováním tepla z povrchu čipů nebo procesorů. S nárůstem spotřeby energie čipu se technologie odvodu tepla vyvinula z lineárního vyrovnávání teploty jednorozměrných tepelných trubic k plošnému vyrovnávání teploty dvourozměrného VC, k integrovanému vyrovnávání teploty trojrozměrné technologické cesty VC a nakonec na technologii kapalinového chlazení.
3D VC má lepší výhody chlazení, jako je „účinné chlazení, rovnoměrné rozložení teploty a snížené aktivní body“, které mohou splnit požadavky na úzká hrdla odvodu tepla pro zařízení s vysokým výkonem a vyrovnání teploty v oblastech s vysokou hustotou tepelného toku. Může také zajistit vyšší výkon při přetaktování a stabilitu systému po přetaktování. Tepelná vodivost mezi tepelnou trubicí/vyrovnávací deskou slouží k přenosu tepla do více sestavených tepelných trubic/vyrovnávacích desek, které mají kontaktní tepelný odpor a tepelný odpor samotné mědi; A 3D VC, prostřednictvím trojrozměrné strukturní konektivity, prochází vnitřním přechodem kapalné fáze a tepelnou difúzí, přímo a efektivně přenáší teplo čipu na distální konec zubů pro odvod tepla.
Technologie chlazení zahrnuje dva typy: chlazení vzduchem a chlazení kapalinou. U vzduchem chlazené technologie je kapacita tepelného rozptylu tepelných trubic a VC relativně nízká. Horní limit odvodu tepla 3D VC lze rozšířit na 1000W a oba vyžadují ventilátor pro odvod tepla. Technologie je jednoduchá, levná a vhodná pro většinu zařízení. Technologie chlazení kapalinou má vyšší účinnost chlazení, včetně dvou typů: studené desky a ponorného typu. Mezi nimi je cold plate metoda nepřímého chlazení s mírnými počátečními investicemi, nižšími náklady na provoz a údržbu a relativně vyzrálá. Nvidia GB200 NVL72 využívá chladící kapalinové chlazení; Ponorné chlazení je přímý způsob chlazení s vysokými technickými požadavky a vysokými náklady na provoz a údržbu.
Školení a propagace velkých modelů umělé inteligence vyžaduje vyšší výpočetní výkon čipů a zlepšuje spotřebu energie jednotlivých čipů. Teplota čipu ovlivňuje jeho výkon. Když se provozní teplota čipu blíží 70-80 stupňům , při každém zvýšení teploty o 2 stupně se výkon čipu sníží asi o 10 %. Proto zvýšení spotřeby energie jednoho čipu dále zvyšuje požadavek na odvod tepla. Nvidia B200 má navíc spotřebu přes 1000W a blíží se horní hranici vzduchem chlazeného chlazení; Politiky jako „dual carbon“ a „East West Calculation“ striktně vyžadují PUE pro datová centra a průměrná PUE pro kapalinové chlazení je nižší než pro vzduchové chlazení; Pokud jde o TCO, ve srovnání s chlazením vzduchem se počáteční investiční náklady kapalinového chlazení studených desek blíží nákladům na chlazení vzduchem a následné provozní náklady jsou nižší.
Jednofázová ponorná kapalinou chlazená skříň: Jedná se o kapalinou chlazený server zabudovaný v nádrži, přičemž CDU a nádrž jsou propojeny potrubím. Spodní potrubí dopravuje nízkoteplotní chladicí médium do nádrže a kapalinou chlazené médium absorbuje teplo z kapalinou chlazeného serveru. Po zvýšení teploty proudí zpět do CDU a teplo je odváděno CDU. Tato struktura může dosáhnout plného kapalinového chlazení serveru a konstrukce bez ventilátoru má za následek vyšší hustotu výkonu a nižší PUE ve srovnání s chlazením vzduchem. Technická obtížnost je však vysoká a míra penetrace relativně nízká.
Dvoufázové ponoření: S vysokými technickými požadavky může výrazně zvýšit hustotu výkonu systému. Vzhledem k vysokému výkonu hlavního čipu v serveru musí povrch čipu projít vylepšenou úpravou varem, aby se zvýšilo zplyňovací jádro na jeho povrchu, zvýšila se účinnost přenosu tepla při změně fáze a dosáhlo se maximální hustoty rozptylu tepla přes 100 W/ c ㎡.
Technologie chlazení, řízená vývojem výpočetního výkonu AI a politikou PUE, musí být neustále upgradována, aby bylo možné kontrolovat provozní teplotu elektronických zařízení. Odvod tepla na úrovni čipu se přesune od heatpipe/VC k účinnějším 3DVC a chladícím řešením studených desek, což povede k neustálým inovacím v technologii chlazení čipů.
