Kuinka selviytyä jäähdytysteknologian kasvavasta kysynnästä tekoälypalvelimissa
Tällä hetkellä lämmönpoistomoduuli koostuu pääasiassa aktiivisesta ja passiivisesta hybridilämmönpoistoteknologiasta, joka sisältää lämpöputkia. Lämpöputken lämmönpoistomoduuli on suunniteltu ja yhdistetty komponentteihin, kuten ilmanhajottimiin, jäähdytyslevyihin ja lämpöputkiin, jotka voivat tarjota tasaisen lämpötilan lämmönpoiston käyttöympäristön sisäisille elektronisille komponenteille, mikä tekee elektroniikkalaitteiden toiminnasta vakaampaa. Monitoimisten ja kevyiden pääteelektroniikkatuotteiden trendin myötä lämpömoduulitehdas on kääntynyt pääasiassa höyrykammioon ja lämpöputkeen perustuvien lämpöratkaisujen suunnitteluun.
Jäähdytyselementtimoduuli on jaettu kahteen tyyppiin: "ilmajäähdytteinen jäähdytyselementti" ja "nestejäähdytetty jäähdytyselementti". Niistä ilmajäähdytteinen ratkaisu on ilman käyttö väliaineena välimateriaalien, kuten lämpörajapintamateriaalien, höyrykammion (VC) tai lämpöputkien kautta, ja se hajoaa konvektiolla jäähdytyslevyn tai tuulettimen ja ilman välillä. "Nestejäähdytys saavutetaan pääasiassa konvektiolla nesteen kanssa, jolloin siru jäähtyy, mutta kun lämmöntuotto ja sirun tilavuus kasvavat, sirun lämpösuunnittelutehokulutus (TDP) kasvaa ja ilmajäähdytyksen käyttö lämmön haihtumista tulee vähitellen riittämättömäksi.
Esineiden internetin, reunalaskennan ja 5G-sovellusten kehityksen myötä data-AI on ajanut maailmanlaajuisen laskentatehon nopean kasvun aikakauteen. Tutkimusyhtiö TrendForcen mukaan GPGPU:lla (General Purpose GPU) varustettujen tekoälypalvelimien toimitusmäärä oli noin 1 % vuonna 2022. Vuonna 2023 kuitenkin ChatGPT-sovellusten vetämänä AI-palvelimien toimitusmäärien odotetaan kasvavan. 38,4 %, ja tekoälypalvelintoimitusten kokonaisvuosikasvu vuosina 2022–2026 on 29 %.
Seuraavan sukupolven jäähdytyselementtimoduulien suunnittelussa on kaksi pääsuuntaa. Toinen on päivittää olemassa olevat lämmönpoistomoduulit 3D-höyrykammiolla (3DVC) ja toinen on ottaa käyttöön nestejäähdytysjärjestelmä, jossa käytetään nestettä konvektiivisena väliaineena lämpötehokkuuden parantamiseksi. Siksi nestejäähdytystestien määrä kasvaa merkittävästi vuonna 2023, mutta 3DVC on vain siirtymävaiheen ratkaisu. On arvioitu, että vuosina 2024–2025 astumme rinnakkaisen kaasujäähdytyksen ja nestejäähdytyksen aikakauteen.
ChatGPT:n nousun myötä generatiivinen tekoäly on lisännyt palvelintoimituksia sekä vaatimuksia jäähdytyselementtimoduulien teknisistä päivityksistä, jotka ovat ohjanneet niitä kohti nestejäähdytysratkaisuja, jotka täyttävät palvelimien tiukat lämmönpoistoa ja vakautta koskevat vaatimukset. Tällä hetkellä teollisuus käyttää enimmäkseen yksivaiheista upotusjäähdytystekniikkaa nestejäähdytyksessä ratkaistakseen suuritiheyksisten lämmityspalvelimien tai osien lämmönpoisto-ongelman, mutta silti on olemassa 600 W:n yläraja, koska ChatGPT tai korkeamman asteen palvelimet tarvitsevat yli 700 W lämmönpoistokyky selviytyä.
Perustuen siihen, että jäähdytysjärjestelmän osuus konesalin energian kokonaiskulutuksesta on noin 33 %, sähkön kokonaiskulutuksen vähentäminen ja virrankäytön tehokkuuden vähentäminen sisältää jäähdytysjärjestelmän, tietolaitteiden parantamisen ja uusiutuvan energian käytön. Veden lämpökapasiteetti on neljä kertaa ilman lämpökapasiteetti. Siksi nestejäähdytysjäähdytysjärjestelmää otettaessa tarvitaan vain 1U tilaa nestejäähdytyslevylle. NVIDIA-testauksen mukaan saman laskentatehon saavuttamiseksi nestejäähdytyksessä tarvittavien kaappien määrää voidaan vähentää 66 % Energiankulutusta voidaan vähentää 28 %, PUE:ta 1,6:sta 1,15:een ja laskentatehokkuutta voidaan parantaa. .
Nopea laskenta parantaa TDP:tä jatkuvasti, ja tekoälypalvelimilla on korkeammat vaatimukset lämmönpoistolle. Perinteinen lämpöputkijäähdytys lähestyy rajaansa, ja nestejäähdytteisten lämpöratkaisujen käyttöönotto on väistämätöntä.
