AI ने लिक्विड कूलिंग उद्योग में एक नए युग का मार्ग प्रशस्त किया

1. शीतलन प्रौद्योगिकी तुलना और सिद्धांत

तरल शीतलन बनाम वायु शीतलन
	एयर कूलिंग	तरल शीतलक
ऊष्मा विनिमय माध्यम	वायु	तरल
घटकों को ड्राइव करें	पंखा	पंखे हटाएँ
ऊष्मा अपव्यय क्षमता	सामान्य ताप अपव्यय क्षमता	अच्छा गर्मी लंपटता
ऊर्जा की बचत और खपत में कमी	PUE मान 2 से कम	PUE मान 1.2 के भीतर
शोर	उच्च शोर	पंखे हटाएँ, शोर कम करें
निर्माणकार्य व्यय	अलमारियाँ केवल कम घनत्व में व्यवस्थित की जा सकती हैं, और अलमारियाँ कंप्यूटर कक्ष के एक बड़े क्षेत्र पर कब्जा कर लेती हैं, जिसके लिए पारंपरिक सटीक एयर कंडीशनिंग और गर्म और ठंडे चैनल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है	उच्च घनत्व कैबिनेट लेआउट डिजाइन ला सकते हैं, कब्जे वाले कंप्यूटर कक्ष क्षेत्र को कम कर सकते हैं, कम PUE का मतलब है बिजली की आपूर्ति, वितरण और बैकअप बुनियादी ढांचे का छोटा पैमाना
साइट चयन	पर्यावरणीय जलवायु और शक्ति कारकों के लिए उच्च आवश्यकताएं	वायु गुणवत्ता, जलवायु और ऊर्जा नीतियों द्वारा प्रतिबंधित नहीं, दुनिया भर में इस्तेमाल किया जा सकता है

1.1 वायु शीतलन प्रौद्योगिकी

वायु शीतलन प्रणाली सिद्धांतों का आरेख

वायु शीतलन प्रौद्योगिकी डेटा सेंटर में मुख्यधारा की कूलिंग तकनीक है। एयर-कूल्ड रेडिएटर्स का ऊष्मा अपव्यय सिद्धांत ऊष्मा उत्पन्न करने वाली वस्तु द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को ऊष्मा उत्पन्न करने वाली वस्तु के निकट संपर्क में आने वाले धातु के ऊष्मा सिंक के माध्यम से बड़ी ऊष्मा क्षमता और ऊष्मा अपव्यय क्षेत्र वाले ऊष्मा सिंक तक पहुंचाना है (कंप्यूटर के लिए, यह CPU, GPU और अन्य अर्धचालक चिप्स हैं), और फिर पंखे के डायवर्सन प्रभाव का उपयोग करके हवा को ऊष्मा सिंक सतह से तेज़ी से गुजारना है, जिससे ऊष्मा सिंक और हवा के बीच ऊष्मा संवहन में तेज़ी आती है, यानी जबरन संवहन ऊष्मा अपव्यय।

1.2 तरल शीतलन प्रौद्योगिकी

तीन तरल शीतलन प्रौद्योगिकियों की तुलना
	शीत प्लेट प्रकार	विसर्जन प्रकार	स्प्रे प्रकार
लागत	कोल्ड प्लेट के लिए कई विशिष्टताओं की आवश्यकता होती है, जिनमें से अधिकांश को अलग से अनुकूलित करने की आवश्यकता होती है, और लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है	मध्यम लागत पर अधिक शीतलक का उपयोग करता है	पुराने सर्वर और कैबिनेट को संशोधित करके आवश्यक उपकरण जोड़ने से लागत अपेक्षाकृत कम हो जाती है
रख-रखाव	उत्कृष्ट	दरिद्र	मध्यम
स्थान का उपयोग	हाई	मध्यम	उच्चतम
अनुकूलता	मदरबोर्ड और चिप मॉड्यूल के साथ कोई सीधा संपर्क नहीं, सामग्री संगतता मजबूत है	प्रत्यक्ष संपर्क, खराब सामग्री संगतता	प्रत्यक्ष संपर्क, खराब सामग्री संगतता
स्थापना की आसानी	सर्वर के मूल स्वरूप में कोई परिवर्तन नहीं करता है तथा मौजूदा सर्वर मदरबोर्ड को बरकरार रखता है, जिसे स्थापित करना आसान है	सर्वर मदरबोर्ड की मूल संरचना को बदल देता है, इसे पुनः स्थापित करने की आवश्यकता होती है	सर्वर मदरबोर्ड के मूल स्वरूप को नहीं बदलता, स्थापित करने में आसान
recyclability	रेफ्रिजरेंट के द्वितीयक उपयोग को प्राप्त करने और परिचालन लागत को कम करने के लिए दोहरे सर्किट लूप परिसंचरण का उपयोग करता है	परिचालन लागत को कम करने के लिए बाहरी शीतलन उपकरणों के माध्यम से प्रसारित होता है	संसाधन का पुनः उपयोग करने और परिचालन लागत कम करने के लिए परिसंचरण पंप का उपयोग करें

द्रव शीतलन प्रौद्योगिकियां कोल्ड प्लेट, इमर्शन और स्प्रे प्रकार शामिल हैं। उनमें से, कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग तकनीक में रख-रखाव, स्थान उपयोग और अनुकूलता में मजबूत अनुप्रयोग लाभ हैं; लेकिन लागत के मामले में, इसके व्यक्तिगत रूप से अनुकूलित कोल्ड प्लेट डिवाइस के कारण, प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग की लागत अपेक्षाकृत अधिक है। स्प्रे लिक्विड कूलिंग तकनीक पुराने सर्वर और कैबिनेट को बदलकर डेटा सेंटर के बुनियादी ढांचे की निर्माण लागत को बहुत कम कर देती है। अन्य दो तकनीकों की तुलना में, हालांकि इमर्शन तकनीक में रख-रखाव और अनुकूलता खराब है, लेकिन इसमें स्थान उपयोग और पुनर्चक्रण में बेहतर प्रदर्शन है, जिससे डेटा सेंटर की ऊर्जा खपत कम होती है।

कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम का सिद्धांत आरेख

कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग एक गैर-संपर्क लिक्विड कूलिंग तकनीक है। यह तकनीक अप्रत्यक्ष रूप से हीटिंग डिवाइस की गर्मी को लिक्विड कूलिंग प्लेट (आमतौर पर तांबे और एल्यूमीनियम जैसी गर्मी-संवाहक धातुओं से बनी एक बंद गुहा) के माध्यम से परिसंचरण पाइपलाइन में संलग्न कूलिंग लिक्विड में स्थानांतरित करती है, और कूलिंग लिक्विड के माध्यम से गर्मी को दूर ले जाती है। कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम मुख्य रूप से एक कूलिंग टॉवर, सीडीयू, प्राथमिक और द्वितीयक साइड लिक्विड कूलिंग पाइपलाइनों, कूलिंग माध्यम और लिक्विड कूलिंग कैबिनेट से बना होता है; लिक्विड कूलिंग कैबिनेट में एक लिक्विड कूलिंग प्लेट, उपकरण में लिक्विड कूलिंग पाइपलाइन, द्रव कनेक्टर और लिक्विड वितरक होते हैं।

शीत प्लेट तरल शीतलन गर्मी अपव्यय सिद्धांत:
1. तरल शीतलन प्लेट चिप से बंधी हुई है;
2. चिप उपकरण की गर्मी को गर्मी चालन के माध्यम से तरल शीतलन प्लेट में स्थानांतरित किया जाता है, और काम करने वाला तरल पदार्थ सीडीयू परिसंचरण पंप की ड्राइव के तहत ठंडे प्लेट में प्रवेश करता है, और फिर बढ़ाया संवहन गर्मी विनिमय के माध्यम से तरल शीतलन प्लेट में गर्मी को अवशोषित करता है।

एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली का सिद्धांत आरेख

तरल विसर्जन शीतलन एक संपर्क तरल शीतलन तकनीक है। यह तकनीक शीतलक को ऊष्मा हस्तांतरण माध्यम के रूप में उपयोग करती है, ऊष्मा उत्पन्न करने वाले उपकरण को शीतलक में पूरी तरह से डुबो देती है, और ऊष्मा उत्पन्न करने वाला उपकरण शीतलक के सीधे संपर्क में होता है और ऊष्मा विनिमय करता है। विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली के बाहरी हिस्से में एक कूलिंग टॉवर, एक प्राथमिक साइड पाइप नेटवर्क और एक प्राथमिक साइड कूलेंट शामिल हैं; इनडोर साइड में एक सीडीयू, एक विसर्जन गुहा, आईटी उपकरण, एक द्वितीयक साइड पाइप नेटवर्क और एक द्वितीयक साइड कूलेंट शामिल हैं। उपयोग के दौरान, आईटी उपकरण पूरी तरह से द्वितीयक साइड कूलेंट में डूब जाता है, इसलिए द्वितीयक साइड परिसंचारी शीतलक को एक गैर-प्रवाहकीय तरल, जैसे खनिज तेल, सिलिकॉन तेल, फ्लोरीनयुक्त तरल, आदि का उपयोग करने की आवश्यकता होती है। ऊष्मा विनिमय प्रक्रिया के दौरान शीतलक चरण में बदलता है या नहीं, इसके अनुसार इसे एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन और दो-चरण विसर्जन तरल शीतलन में विभाजित किया जा सकता है।

उनमें से, एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन प्रौद्योगिकी के द्वितीयक पक्ष शीतलक गर्मी हस्तांतरण माध्यम के रूप में केवल गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया के दौरान तापमान परिवर्तन से गुजरता है, और कोई चरण परिवर्तन नहीं होता है। प्रक्रिया पूरी तरह से गर्मी हस्तांतरण के लिए सामग्री के समझदार गर्मी परिवर्तन पर निर्भर करती है।

दो-चरण विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली

दो-चरण विसर्जन तरल शीतलन में, द्वितीयक शीतलक, जो ऊष्मा हस्तांतरण माध्यम के रूप में कार्य करता है, ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रिया के दौरान एक चरण परिवर्तन से गुजरता है, और पदार्थ के अव्यक्त ऊष्मा परिवर्तन पर भरोसा करके ऊष्मा को स्थानांतरित करता है। इसका ऊष्मा हस्तांतरण पथ मूल रूप से एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन के समान ही है। मुख्य अंतर यह है कि द्वितीयक शीतलक केवल विसर्जन गुहा के अंदर घूमता है, और विसर्जन गुहा का शीर्ष एक गैसीय क्षेत्र है और नीचे एक तरल क्षेत्र है: आईटी उपकरण पूरी तरह से कम-उबलते-बिंदु तरल शीतलक में डूबा हुआ है, और तरल शीतलक उपकरण की गर्मी को अवशोषित करता है और उबलता है। वाष्पीकरण द्वारा उत्पादित उच्च तापमान गैसीय शीतलक अपने कम घनत्व के कारण धीरे-धीरे विसर्जन गुहा के शीर्ष पर इकट्ठा होगा, और शीर्ष पर स्थापित कंडेनसर के साथ गर्मी विनिमय के बाद एक कम तापमान तरल शीतलक में संघनित होगा, और फिर आईटी उपकरण के ताप अपव्यय को प्राप्त करने के लिए गुरुत्वाकर्षण की कार्रवाई के तहत गुहा के तल पर वापस बह जाएगा।

स्प्रे लिक्विड कूलिंग सिस्टम का सिद्धांत आरेख

स्प्रे लिक्विड कूलिंग लिक्विड कूलिंग का एक रूप है जो चिप-लेवल डिवाइस पर सटीक रूप से स्प्रे करता है और सीधे हीट-जनरेटिंग डिवाइस या हीट-कंडक्टिंग तत्वों पर कूलेंट स्प्रे करता है जो गुरुत्वाकर्षण या सिस्टम प्रेशर द्वारा उनसे जुड़े होते हैं। यह एक सीधा संपर्क लिक्विड कूलिंग सिस्टम है। स्प्रे लिक्विड कूलिंग सिस्टम मुख्य रूप से कूलिंग टॉवर, सीडीयू, प्राथमिक और द्वितीयक लिक्विड कूलिंग पाइपलाइनों, कूलिंग माध्यम और स्प्रे लिक्विड कूलिंग कैबिनेट से बना होता है; स्प्रे लिक्विड कूलिंग कैबिनेट में आमतौर पर एक पाइपलाइन सिस्टम, एक लिक्विड डिस्ट्रीब्यूशन सिस्टम, एक स्प्रे मॉड्यूल, एक लिक्विड रिटर्न सिस्टम आदि शामिल होते हैं।

स्प्रे तरल शीतलन प्रणाली का सिद्धांत: शीत वितरण इकाई में ठंडा किया गया शीतलक पाइपलाइन के माध्यम से स्प्रे कैबिनेट के अंदर पंप किया जाता है; कैबिनेट में प्रवेश करने के बाद, शीतलक सीधे तरल वितरक के माध्यम से सर्वर के अनुरूप तरल वितरण उपकरण में प्रवेश करता है, या शीतलक को तरल वितरण उपकरण के माध्यम से स्प्रे करने के लिए शीतलक को चलाने के लिए गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा प्रदान करने के लिए तरल इनलेट टैंक में ले जाया जाता है; शीतलक को आईटी उपकरण में गर्मी पैदा करने वाले उपकरण या इससे जुड़े गर्मी-संचालन सामग्री के माध्यम से स्प्रे और ठंडा किया जाता है; गर्म शीतलक को रिटर्न टैंक के माध्यम से एकत्र किया जाएगा और अगले प्रशीतन चक्र के लिए शीत वितरण इकाई में पंप किया जाएगा।

1.3 रैक पावर में शीतलन विधियों का विकास

शीतलन विधियों का विकास आरेख

एकल कैबिनेट की शक्ति वायु शीतलन की सीमा से अधिक है, और तरल शीतलन सामान्य प्रवृत्ति है। वर्टिव प्रौद्योगिकी श्वेत पत्र के अनुसार, वायु शीतलन आम तौर पर 20kW / कैबिनेट से नीचे बिजली घनत्व के लिए उपयुक्त है, और तरल शीतलन के 20kW से ऊपर स्पष्ट फायदे हैं। पावर मॉड्यूल और नेटवर्क मॉड्यूल जैसे कारकों पर विचार किए बिना, यह मानते हुए कि 6 एआई प्रशिक्षण सर्वर एक ही रैक में रखे जा सकते हैं, एकल रैक की अनुमानित शक्ति 37.8kW (2w की बिजली खपत के साथ 700 सीपीयू और 8w की बिजली खपत के साथ 5600 जीपीयू) तक पहुंच सकती है; कैबिनेट में अन्य मॉड्यूल के गर्मी अपव्यय को ध्यान में रखते हुए, एकल कैबिनेट की वास्तविक शक्ति अधिक होगी। एआई प्रशिक्षण और अनुमान सर्वर कैबिनेट के लिए, एकल कैबिनेट की शक्ति ने शक्ति घनत्व सीमा को पार कर लिया है जिसे वायु शीतलन द्वारा कवर किया जा सकता है

2. शीतलन विधियों का विकास आरेख

2.1 चिप पावर सर्ज: लिक्विड कूलिंग के युग में बदलाव

एयर कूलिंग की तुलना में, लिक्विड कूलिंग में गर्मी अपव्यय, ऊर्जा खपत, शोर और रखरखाव लागत में अधिक लाभ हैं। पानी की ऊष्मा क्षमता हवा की तुलना में 4000 गुना है, और तापीय चालकता हवा की तुलना में 25 गुना है। समान प्रवाह दर पर, यह चिप के तापमान को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। इसी समय, लिक्विड कूलिंग तकनीक चिप की सतह को समान रूप से कवर कर सकती है और सिस्टम की स्थिरता में सुधार कर सकती है। लिक्विड कूलिंग सिस्टम को गर्मी अपव्यय को बनाए रखने के लिए केवल कम पंखे की गति की आवश्यकता होती है, इसलिए ऑपरेशन के दौरान एयर कूलिंग की तुलना में शोर को 60% से अधिक कम किया जा सकता है। इसके अलावा, आसानी से खराब होने वाले हिस्सों की कमी लिक्विड कूलिंग सिस्टम को लंबे समय तक सेवा जीवन देती है।

लिक्विड कूलिंग एयर कूलिंग की जगह सबसे बेहतर विकल्प होगा। एयर कूलिंग के लिए सिंगल कैबिनेट की शक्ति 0-30kw है, और लिक्विड कूलिंग के लिए सिंगल कैबिनेट की शक्ति 30-200kw है, जिसमें कोल्ड प्लेट 30-80kw है और इमर्शन 80-200kw है। 2024 GTC सम्मेलन में, NVIDIA ने 72kw की शक्ति के साथ NVL120 कैबिनेट जारी किया। सिंगल कैबिनेट की शक्ति के निरंतर ऊपर की ओर रुझान के साथ, एयर कूलिंग धीरे-धीरे गर्मी लंपटता आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रही है, और लिक्विड कूलिंग मुख्यधारा की प्रवृत्ति बन जाएगी।

2.2 प्रेरक शक्ति तीन: एआई सर्वर का उदय लिक्विड कूलिंग समाधानों को अधिक लागत प्रभावी बनाता है

एआई कंप्यूटिंग पावर की मांग कुल सर्वर बाजार शिपमेंट को बढ़ाती है। 2019 से, मेरे देश के सर्वर शिपमेंट ने लगातार ऊपर की ओर रुझान बनाए रखा है, और 4.55 में 2024 मिलियन यूनिट तक पहुंचने की उम्मीद है, जो साल-दर-साल 1.3% की वृद्धि है। हालाँकि उच्च लागत वाले AI सर्वरों के प्रवेश और सामान्य सर्वर अपडेट के स्थगन के कारण 2023 में वैश्विक शिपमेंट में गिरावट आएगी, लेकिन AI सर्वर बाजार की तेजी से वृद्धि से कुल बाजार शिपमेंट को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है, जो 13.654 में 2024 मिलियन यूनिट तक पहुँचने की उम्मीद है, जो साल-दर-साल 19.8% की वृद्धि है।

एआई सर्वर शिपमेंट का अनुपात साल दर साल बढ़ा है, और लिक्विड-कूल्ड सर्वर के लिए बाजार की संभावनाएं आशाजनक हैं। 2023 में, वैश्विक एआई सर्वर शिपमेंट में 10.4% और घरेलू हिस्सेदारी 7.9% थी, जो 2020 से लगातार वृद्धि को बनाए रखती है। उम्मीद है कि 15 में वैश्विक एआई सर्वर शेयर बढ़कर 2026% हो जाएगा। आईडीसी के अनुसार, 2023 में मेरे देश के लिक्विड-कूल्ड सर्वर शिपमेंट 161,000 यूनिट होंगे, जो एआई सर्वर मार्केट शिपमेंट का 45% हिस्सा होगा। लिक्विड-कूल्ड डेटा सेंटर के लोकप्रियकरण और तैनाती और राष्ट्रीय नीतियों के समर्थन के साथ, सर्वर शिपमेंट में वृद्धि जारी रहने की उम्मीद है।

3. लिक्विड कूलिंग मार्केट और उद्योग श्रृंखला का परिदृश्य

3.1 ऊर्जा भंडारण उद्योग में तीव्र वृद्धि से थर्मल नियंत्रण प्रणालियों की मांग में वृद्धि हुई है

वैश्विक बड़े पैमाने पर भंडारण बाजार का तेजी से विकास तापमान नियंत्रण, विशेष रूप से तरल शीतलन तापमान नियंत्रण की मांग का मुख्य स्रोत है। घरेलू बाजार में बड़े पैमाने पर भंडारण के संदर्भ में, वार्षिक नई ऊर्जा बिजली उत्पादन स्थापित क्षमता की उम्मीद के आधार पर, साथ ही नई परियोजनाओं के औसत ऊर्जा भंडारण विन्यास दर और विन्यास समय की वृद्धि के आधार पर, हम अनुमान लगाते हैं कि 2023 से 2025 तक, घरेलू प्री-मीटर ऊर्जा भंडारण की नई स्थापित क्षमता क्रमशः 31, 52 और 83 गीगावॉट तक पहुंच जाएगी।

वैश्विक बाजार भंडारण के संदर्भ में, चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोपीय संघ, ऑस्ट्रेलिया और जापान जैसे प्रमुख बाजारों की ऊर्जा भंडारण निर्माण स्थिति और निर्माण आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, हमारा अनुमान है कि 2023 से 2025 तक, प्री-मीटर ऊर्जा भंडारण की वैश्विक नई स्थापित क्षमता क्रमशः 90GW, 143GW और 212GW तक पहुंच जाएगी।

वैश्विक बाजार भंडारण के संदर्भ में, चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोपीय संघ, ऑस्ट्रेलिया और जापान जैसे प्रमुख बाजारों की ऊर्जा भंडारण निर्माण स्थिति और निर्माण आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, हमारा अनुमान है कि 2023 से 2025 तक, प्री-मीटर ऊर्जा भंडारण की वैश्विक नई स्थापित क्षमता क्रमशः 90GW, 143GW और 212GW तक पहुंच जाएगी।