Od chladenia vzduchom po chladenie kvapalinou, AI poháňa priemyselné inovácie
Hlavným dôvodom, prečo elektronické zariadenia generujú teplo, je proces premeny pracovnej energie na tepelnú energiu. Odvod tepla je navrhnutý tak, aby riešil problémy s tepelným manažmentom vo vysokovýkonných výpočtových zariadeniach, optimalizoval výkon zariadenia a predlžoval životnosť priamym odstraňovaním tepla z povrchu čipov alebo procesorov. S nárastom spotreby energie čipu sa technológia rozptylu tepla vyvinula z lineárneho vyrovnávania teplôt jednorozmerných tepelných rúrok k plošnému vyrovnávaniu teplôt dvojrozmerného VC, k integrovanému vyrovnávaniu teplôt trojrozmernej technológie VC a nakoniec na technológiu chladenia kvapalinou.
3D VC má lepšie výhody chladenia, ako je „efektívne chladenie, rovnomerné rozloženie teploty a znížené aktívne body“, ktoré môžu splniť náročné požiadavky na rozptyl tepla pre zariadenia s vysokým výkonom a vyrovnávanie teploty v oblastiach s vysokou hustotou tepelného toku. Môže tiež zabezpečiť silnejší výkon pri pretaktovaní a stabilitu systému po pretaktovaní. Tepelná vodivosť medzi tepelnou rúrkou/vyrovnávacou doskou slúži na prenos tepla do viacerých zostavených tepelných rúrok/vyrovnávacích dosiek, ktoré majú kontaktný tepelný odpor a tepelný odpor samotnej medi; A 3D VC, prostredníctvom trojrozmernej konektivity, prechádza vnútorným prechodom kvapalnej fázy a tepelnou difúziou, priamo a efektívne prenáša teplo čipu na distálny koniec zubov na odvod tepla.
Technológia chladenia zahŕňa dva typy: chladenie vzduchom a chladenie kvapalinou. Pri vzduchom chladenej technológii je kapacita odvádzania tepla tepelnými trubicami a VC relatívne nízka. Horná hranica odvodu tepla 3D VC môže byť rozšírená na 1000 W a obe vyžadujú ventilátor na odvod tepla. Táto technológia je jednoduchá, lacná a vhodná pre väčšinu zariadení. Technológia chladenia kvapalinou má vyššiu účinnosť chladenia, vrátane dvoch typov: studená platňa a ponorný typ. Spomedzi nich je studená platňa nepriamy spôsob chladenia s miernymi počiatočnými investíciami, nižšími nákladmi na prevádzku a údržbu a relatívne vyspelý. Nvidia GB200 NVL72 využíva chladiace kvapalinové chladiace riešenie; Ponorné chladenie je priamy spôsob chladenia s vysokými technickými nárokmi a vysokými nákladmi na prevádzku a údržbu.
Školenie a propagácia veľkých modelov AI si vyžaduje vyšší výpočtový výkon čipov a zlepšuje spotrebu energie jednotlivých čipov. Teplota čipu ovplyvňuje jeho výkon. Keď je prevádzková teplota čipu blízka 70-80 stupňom , pri každom zvýšení teploty o 2 stupne sa výkon čipu zníži približne o 10 %. Preto zvýšenie spotreby energie jedného čipu ďalej zvyšuje nároky na odvod tepla. Nvidia B200 má navyše spotrebu cez 1000W a blíži sa k hornej hranici vzduchom chladeného chladenia; Politiky ako „dual carbon“ a „East West Calculation“ striktne vyžadujú PUE pre dátové centrá a priemerné PUE pre kvapalinové chladenie je nižšie ako pre vzduchové chladenie; Pokiaľ ide o TCO, v porovnaní s chladením vzduchom sa počiatočné investičné náklady na chladenie kvapalinou so studenou doskou blížia k nákladom na chladenie vzduchom a následné prevádzkové náklady sú nižšie.
Jednofázová ponorná kvapalinou chladená skriňa: Ide o kvapalinou chladený server zabudovaný do nádrže, pričom CDU a nádrž sú prepojené potrubím. Spodné potrubie prepravuje nízkoteplotné chladiace médium do nádrže a kvapalinou chladené médium absorbuje teplo z kvapalinou chladeného servera. Po zvýšení teploty prúdi späť do CDU a teplo je odvádzané CDU. Táto štruktúra môže dosiahnuť úplné chladenie servera kvapalinou a konštrukcia bez ventilátora má za následok vyššiu hustotu výkonu a nižšie PUE v porovnaní s chladením vzduchom. Technická náročnosť je však vysoká a miera penetrácie relatívne nízka.
Dvojfázové ponorenie: Pri vysokých technických požiadavkách môže výrazne zvýšiť hustotu výkonu systému. Kvôli vysokému výkonu hlavného čipu v serveri musí byť povrch čipu podrobený vylepšenej úprave varom, aby sa zvýšilo splynovacie jadro na jeho povrchu, zvýšila sa účinnosť prenosu tepla pri zmene fázy a dosiahla sa maximálna hustota rozptylu tepla nad 100 W/ c ㎡.
Vďaka vývoju výpočtového výkonu AI a politike PUE je potrebné neustále zlepšovať chladiacu technológiu, aby bolo možné kontrolovať prevádzkovú teplotu elektronických zariadení. Odvod tepla na úrovni čipu sa presunie z tepelnej trubice/VC k efektívnejším riešeniam chladenia 3DVC a studených platní, čo bude viesť k neustálej inovácii v technológii chladenia čipov.
