AI atveria kelią naujai skysčių aušinimo pramonės erai

1. Aušinimo technologijų palyginimas ir principai

Aušinimas skysčiu vs oro aušinimas
	Oro aušinimas	Skysčio aušinimas
Šilumos mainų terpė	Oro	Skystis
Pavaros komponentai	Ventiliatoriaus	Pašalinkite ventiliatorius
Šilumos išsklaidymo pajėgumas	Bendras šilumos išsklaidymo pajėgumas	Geras šilumos išsiskyrimas
Energijos taupymas ir suvartojimo mažinimas	PUE vertė mažesnė nei 2	PUE vertė yra 1.2
Triukšmas	Didelis triukšmas	Pašalinkite ventiliatorius, mažas triukšmas
Statybos kaina	Spintelės gali būti išdėstytos tik mažo tankio, o spintos užima didelę kompiuterių kambario plotą, todėl reikia tradicinio tikslaus oro kondicionavimo ir karšto ir šalto kanalų dizaino.	Gali sukurti didelio tankio spintelių išdėstymo dizainą, sumažinti užimtą kompiuterių kambario plotą, mažas PUE reiškia mažesnį maitinimo, paskirstymo ir atsarginės infrastruktūros mastą.
Svetainės pasirinkimas	Aukšti reikalavimai aplinkos klimato ir galios veiksniams	Neribojama oro kokybės, klimato ir energetikos politikos, gali būti naudojama visame pasaulyje

1.1 Oro aušinimo technologija

Oro aušinimo sistemos principų schema

Oro aušinimo technologija yra pagrindinė aušinimo technologija duomenų centruose. Oru aušinamų radiatorių šilumos išsklaidymo principas yra nukreipti šilumą generuojančio objekto generuojamą šilumą į didesnės šilumos talpos ir šilumos išsklaidymo plotą turintį aušintuvą per metalinį šilumnešį, kuris glaudžiai liečiasi su šilumą generuojančiu objektu ( kompiuteriams tai yra CPU, GPU ir kiti puslaidininkiniai lustai), o tada naudokite ventiliatoriaus nukreipimo efektą, kad oras greitai praeitų per aušintuvo paviršių ir pagreitėtų. šilumos konvekcija tarp aušintuvo ir oro, tai yra priverstinė konvekcinė šilumos išsklaidymas.

1.2 Skysčio aušinimo technologija

Trijų aušinimo skysčiu technologijų palyginimas
	Šaltos plokštės tipas	Panardinimo tipas	Purškimo tipas
Kaina	Šaltai plokštei reikia daug specifikacijų, kurių daugumą reikia pritaikyti atskirai, o kaina yra gana didelė	Naudoja daugiau aušinimo skysčio, vidutinės kainos	Modifikavus senus serverius ir spintas, kad būtų galima pridėti reikiamų įrenginių, kaina yra palyginti maža
Palaikomumas	Puikus	prastas	vidutinis
Erdvės panaudojimas	aukštas	vidutinis	Aukščiausia
suderinamumas	Nėra tiesioginio kontakto su pagrindine plokšte ir lusto moduliu, medžiagų suderinamumas yra stiprus	Tiesioginis kontaktas, prastas medžiagų suderinamumas	Tiesioginis kontaktas, prastas medžiagų suderinamumas
Lengva montuoti	Nekeičia pradinės serverio formos ir išlaiko esamą pagrindinę serverio plokštę, kurią lengva įdiegti	Pakeičiama pradinė serverio pagrindinės plokštės struktūra, ją reikia įdiegti iš naujo	Nekeičia pradinės serverio pagrindinės plokštės formos, lengva įdiegti
Perdirbamumas	Naudoja dviejų grandinių kilpos cirkuliaciją, kad būtų galima naudoti antrinį šaltnešį ir sumažinti eksploatavimo išlaidas	Cirkuliuoja per lauko aušinimo įrenginius, kad sumažintų eksploatavimo išlaidas	Naudokite cirkuliacinį siurblį, kad galėtumėte pakartotinai panaudoti išteklius ir sumažinti eksploatavimo išlaidas

Skysčio aušinimo technologijos apima šaltos plokštės, panardinimo ir purškimo tipus. Tarp jų, šalto plokštės skysčio aušinimo technologija turi didelių privalumų, susijusių su priežiūra, erdvės panaudojimu ir suderinamumu; Tačiau, kalbant apie kainą, dėl individualiai pritaikyto šaldymo plokštės įrenginio technologijos taikymo kaina yra gana didelė. Purškiamojo skysčio aušinimo technologija labai sumažina duomenų centrų infrastruktūros statybos sąnaudas, transformuojant senus serverius ir spintas. Palyginti su kitomis dviem technologijomis, nors panardinimo technologija yra prastesnė priežiūra ir suderinamumas, ji geriau išnaudoja erdvę ir yra perdirbama, todėl sumažėja duomenų centrų energijos sąnaudos.

Šaltojo plokštelės skysčio aušinimo sistemos principinė schema

Šaldantis skysčiu aušinimas yra bekontakčio skysčio aušinimo technologija. Ši technologija netiesiogiai perduoda šildymo įrenginio šilumą aušinimo skysčiui, esančiam cirkuliaciniame vamzdyne per skysčio aušinimo plokštę (dažniausiai uždarą ertmę, pagamintą iš šilumą laidžių metalų, tokių kaip varis ir aliuminis), o per aušinimą pašalina šilumą. skystis. Šaltos plokštės skysčio aušinimo sistemą daugiausia sudaro aušinimo bokštas, CDU, pirminiai ir antriniai skysčio aušinimo vamzdynai, aušinimo terpė ir skysčio aušinimo spinta; skysčio aušinimo spintoje yra skysčio aušinimo plokštė, skysčio aušinimo vamzdynai įrenginyje, skysčio jungtys ir skysčio skirstytuvai.

Šaltos plokštės skysčio aušinimo šilumos išsklaidymo principas:
1. Skysčio aušinimo plokštė yra sujungta su lustu;
2. Skiedrų įrangos šiluma perduodama į skysčio aušinimo plokštę per šilumos laidumą, o darbinis skystis patenka į šaltą plokštę po CDU cirkuliacinio siurblio pavara, o po to sugeria šilumą skysčio aušinimo plokštėje per sustiprintą konvekcinį šilumos mainą. .

Vienfazės panardinimo skysčio aušinimo sistemos principas

Skysčio panardinimo aušinimas yra kontaktinio skysčio aušinimo technologija. Ši technologija naudoja aušinimo skystį kaip šilumos perdavimo terpę, šilumą generuojantį įrenginį visiškai panardina į aušinimo skystį, o šilumą generuojantis įrenginys tiesiogiai kontaktuoja su aušinimo skysčiu ir atlieka šilumos mainus. Panardinamojo skysčio aušinimo sistemos lauko pusė apima aušinimo bokštą, pirminio šoninio vamzdžių tinklą ir pirminį šoninį aušinimo skystį; vidinė pusė apima CDU, panardinimo ertmę, IT įrangą, antrinės pusės vamzdžių tinklą ir antrinį šoninį aušinimo skystį. Naudojimo metu IT įranga visiškai panardinama į antrinės pusės aušinimo skystį, todėl antrinėje pusėje cirkuliuojančiame aušinimo skysčiui reikia naudoti nelaidų skystį, pvz., mineralinę alyvą, silikoninę alyvą, fluorintą skystį ir kt. Pagal tai, ar aušinimo skystis keičiasi fazė šilumos mainų proceso metu gali būti suskirstyta į vienfazį aušinimą panardinamu skysčiu ir dviejų fazių panardinamuoju skysčiu.

Tarp jų, vienfazio panardinamojo skysčio aušinimo technologijos antrinis šoninis aušinimo skystis, nes šilumos perdavimo terpėje keičiasi tik temperatūra, o fazė nesikeičia. Procesas visiškai priklauso nuo jautraus medžiagos šilumos pokyčio, kad būtų perduota šiluma.

Dviejų fazių panardinimo skysčio aušinimo sistema

Dviejų fazių panardinimo skysčio aušinimo metu antrinis aušinimo skystis, kuris tarnauja kaip šilumos perdavimo terpė, šilumos perdavimo proceso metu keičiasi fazėmis ir perduoda šilumą, remdamasis latentiniu medžiagos šilumos pokyčiu. Jo šilumos perdavimo kelias iš esmės yra toks pat kaip ir vienfazio panardinamojo skysčio aušinimo. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad antrinis aušinimo skystis cirkuliuoja tik panardinimo ertmėje, o panardinimo ertmės viršuje yra dujinė zona, o apačioje yra skysta: IT įranga yra visiškai panardinta į žemos virimo temperatūros skystą aušinimo skystį, o skystas aušinimo skystis sugeria įrangos šilumą ir užverda. Aukštos temperatūros dujinis aušinimo skystis, susidarantis garuojant, dėl mažo tankio palaipsniui kaupsis panardinimo ertmės viršuje ir, pasikeitus šilumai su viršuje sumontuotu kondensatoriumi, kondensuosis į žemos temperatūros skystą aušinimo skystį, o tada tekės atgal į ertmės dugnas, veikiamas gravitacijos, kad būtų pasiekta IT įrangos šilumos išsklaidymas.

Purškiamojo skysčio aušinimo sistemos principinė schema

Purškiamas skysčiu aušinimas – tai skysčių aušinimo forma, kuri purškiama tiksliai ant lusto lygio įrenginių ir tiesiogiai purškia aušinimo skystį ant šilumą generuojančių įrenginių arba šilumą laidžių elementų, sujungtų su jais dėl gravitacijos arba sistemos slėgio. Tai tiesioginio kontakto skysčio aušinimo sistema. Purškiamojo skysčio aušinimo sistema daugiausia sudaryta iš aušinimo bokšto, CDU, pirminio ir antrinio skysčio aušinimo vamzdynų, aušinimo terpės ir purškiamojo skysčio aušinimo spintos; purškiamojo skysčio aušinimo spintoje dažniausiai yra vamzdynų sistema, skysčių paskirstymo sistema, purškimo modulis, skysčio grąžinimo sistema ir kt.

Purškiamojo skysčio aušinimo sistemos principas: šalčio paskirstymo bloke aušinamas aušinimo skystis vamzdynu pumpuojamas į purškimo spintos vidų; patekęs į spintelę, aušinimo skystis per skysčio skirstytuvą tiesiogiai patenka į skysčių paskirstymo įrenginį, atitinkantį serverį, arba aušinimo skystis transportuojamas į skysčio įleidimo baką, kad būtų sukurtas fiksuotas gravitacinės potencialios energijos kiekis, kad aušinimo skystis puršktųsi per skystį. paskirstymo įrenginys; aušinimo skystis purškiamas ir aušinamas per IT įrangoje esantį šilumą generuojantį įrenginį arba prie jo prijungtą šilumą laidžią medžiagą; pašildytas aušinimo skystis bus surenkamas per grįžtamąjį baką ir pumpuojamas į šalčio paskirstymo įrenginį kitam šaldymo ciklui.

1.3 Aušinimo metodų raida stovo galioje

Aušinimo metodų raidos diagrama

Vienos spintelės galia viršija oro aušinimo slenkstį, o aušinimas skysčiu yra bendra tendencija. Remiantis Vertiv technologijos baltuoju dokumentu, oro aušinimas paprastai tinka, kai galios tankis mažesnis nei 20 kW / spintelė, o aušinimas skysčiu turi akivaizdžių pranašumų, viršijančių 20 kW. Neatsižvelgiant į tokius veiksnius kaip maitinimo moduliai ir tinklo moduliai, darant prielaidą, kad 6 AI mokymo serveriai gali būti sudėti į vieną stovą, apskaičiuota vieno stovo galia gali siekti 37.8 kW (2 CPU, kurių energijos suvartojimas yra 700 W, ir 8 GPU su energijos suvartojimas 5600w); įvertinus kitų spintoje esančių modulių šilumos išsklaidymą, vienos spintos tikroji galia bus didesnė. Dirbant dirbtinio intelekto mokymo ir išvadų serverių spintose vienos spintelės galia viršijo galios tankio diapazoną, kurį galima padengti aušinant oru, o aušinimas skysčiu tapo bendra tendencija.

2. Aušinimo metodų raidos diagrama

2.1 Chip Power Surge: perėjimas prie aušinimo skysčiu eros

Lyginant su oro aušinimu, aušinimas skysčiu turi daugiau pranašumų dėl šilumos išsklaidymo, energijos suvartojimo, triukšmo ir priežiūros išlaidų. Vandens šiluminė talpa yra 4000 kartų didesnė už oro, o šilumos laidumas yra 25 kartus didesnis už oro. Tuo pačiu srautu jis gali efektyviau sumažinti lusto temperatūrą. Tuo pačiu metu skysčio aušinimo technologija gali tolygiai padengti lusto paviršių ir pagerinti sistemos stabilumą. Skysčio aušinimo sistemai reikia tik mažo ventiliatoriaus greičio, kad būtų išlaikytas šilumos išsklaidymas, todėl triukšmas gali būti sumažintas daugiau nei 60%, palyginti su oro aušinimu veikimo metu. Be to, nesant lengvai susidėvinčių dalių, skysčių aušinimo sistema tarnauja ilgiau.

Aušinimas skysčiu pakeis oro aušinimą kaip geriausią pasirinkimą. Vienos spintos galia oro aušinimui yra 0-30kw, o vienos spintos skysčiui aušinimui galia 30-200kw, iš kurių šaltos plokštės 30-80kw, o panardinimo 80-200kw. 2024 m. GTC konferencijoje NVIDIA išleido 72 kW galios NVL120 spintelę. Nuolat didėjant vienos spintelės galiai, oro aušinimas palaipsniui neatitiko šilumos išsklaidymo reikalavimų, o aušinimas skysčiu taps pagrindine tendencija.

2.2 Trečioji varomoji jėga: dėl AI serverių skaičiaus padidėjimo skysto aušinimo sprendimai tampa ekonomiškesni

AI skaičiavimo galios poreikis skatina visą serverių rinką. Nuo 2019 m. mano šalies serverių siuntos nuolat auga ir 4.55 m. turėtų pasiekti 2024 mln. vienetų, ty 1.3 % daugiau nei per metus. Nors pasaulinės siuntos 2023 m. sumažės dėl brangių AI serverių skverbties ir bendrų serverių atnaujinimų atidėjimo, tikimasi, kad spartus dirbtinio intelekto serverių rinkos augimas paskatins bendrą rinkos siuntą, kuri, kaip tikimasi, sieks 13.654 mln. 2024 m., palyginti su 19.8 m., padidėjo XNUMX proc.

DI serverių siuntų dalis kasmet didėjo, o skysčiu aušinamų serverių rinkos perspektyvos yra daug žadančios. 2023 m. pasaulinė AI serverių siunta sudarė 10.4%, o vietinė dalis sudarė 7.9%, o nuo 2020 m. nuolat auga. Tikimasi, kad 15 m. pasaulinė AI serverių dalis padidės iki 2026%. IDC duomenimis, mano 2023 m. skysčiu aušinamų serverių siunta šalyje bus 161,000 45 vienetų, o tai sudarys XNUMX proc. AI serverių rinkos siuntos. Populiarėjant ir diegiant skysčiu aušinamus duomenų centrus bei remiant nacionalinę politiką, tikimasi, kad serverių siuntimas ir toliau augs.

3. Skystojo aušinimo rinkos ir pramonės grandinės kraštovaizdis

3.1 Spartus energijos kaupimo pramonės augimas skatina šilumos valdymo sistemų paklausą

Sparti pasaulinės didelio masto saugyklų rinkos plėtra yra pagrindinis temperatūros kontrolės, ypač skysčio aušinimo temperatūros kontrolės, paklausos šaltinis. Kalbant apie didelio masto saugojimą vidaus rinkoje, remdamiesi metinių naujos energijos gamybos instaliuotųjų pajėgumų lūkesčiais, taip pat naujų projektų vidutinės energijos kaupimo konfigūracijos spartos ir konfigūracijos laiko augimu, skaičiuojame, kad nuo 2023 m. 2025 m. nauja instaliuota buitinės priešskaitinės energijos kaupimo galia sieks atitinkamai 31, 52 ir 83 GW.

Kalbant apie pasaulinės rinkos saugojimą, atsižvelgiant į energijos saugyklų statybos būseną ir pagrindinių rinkų, tokių kaip Kinija, JAV, Europos Sąjunga, Australija ir Japonija, statybos poreikius, manome, kad nuo 2023 iki 2025 m. skaitiklio energijos kaupimo talpa sieks atitinkamai 90GW, 143GW ir 212GW.

Kalbant apie pasaulinės rinkos saugojimą, atsižvelgiant į energijos saugyklų statybos būseną ir pagrindinių rinkų, tokių kaip Kinija, JAV, Europos Sąjunga, Australija ir Japonija, statybos poreikius, manome, kad nuo 2023 iki 2025 m. skaitiklio energijos kaupimo talpa sieks atitinkamai 90GW, 143GW ir 212GW.