AI utira pot v novo dobo v industriji tekočega hlajenja

1. Primerjava in načela hladilne tehnologije

Tekočinsko hlajenje proti zračnemu hlajenju
	Zračno hlajenje	Tekoče hlajenje
Medij za izmenjavo toplote	Air	Tekočina
Pogonske komponente	Fan	Odstranite ventilatorje
Zmogljivost odvajanja toplote	Splošna zmogljivost odvajanja toplote	Dobro odvajanje toplote
Varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe	Vrednost PUE je manjša od 2	Vrednost PUE znotraj 1.2
hrup	Visok hrup	Odstranite ventilatorje, nizka raven hrupa
Stroški gradnje	Omare je mogoče razporediti le v nizki gostoti, omare pa zasedajo veliko površino računalniške sobe, kar zahteva tradicionalno natančno klimatsko napravo ter toplo in hladno zasnovo kanala	Lahko prinese zasnovo postavitve omar z visoko gostoto, zmanjša zasedeno površino računalniške sobe, nizek PUE pomeni manjši obseg infrastrukture za oskrbo z električno energijo, distribucijo in rezervno kopijo
Izbira mesta	Visoke zahteve glede podnebja okolja in dejavnikov moči	Ni omejen s kakovostjo zraka, podnebnimi in energetskimi politikami, lahko se uporablja po vsem svetu

1.1 Tehnologija zračnega hlajenja

Diagram načel zračnega hladilnega sistema

Tehnologija zračnega hlajenja je glavna tehnologija hlajenja v podatkovnih centrih. Načelo odvajanja toplote zračno hlajenih radiatorjev je prevajanje toplote, ki jo ustvari predmet, ki proizvaja toploto, do hladilnega telesa z večjo toplotno kapaciteto in površino za odvajanje toplote skozi kovinsko hladilno telo, ki je v tesnem stiku s predmetom, ki proizvaja toploto ( za računalnike so to CPE, GPE in drugi polprevodniški čipi), nato pa uporabite preusmeritveni učinek ventilatorja, da zrak hitro preide skozi površino hladilnika, kar pospeši konvekcijo toplote med hladilnim telesom in zrakom, to je odvajanje toplote s prisilno konvekcijo.

1.2 Tehnologija hlajenja s tekočino

Primerjava treh tehnologij tekočega hlajenja
	Vrsta hladne plošče	Potopni tip	Tip razpršila
Strošek	Hladna plošča zahteva veliko specifikacij, od katerih jih je večino treba posebej prilagoditi, stroški pa so relativno visoki	Porabi več hladilne tekočine, s srednjo ceno	S spreminjanjem starih strežnikov in omaric za dodajanje potrebnih naprav so stroški razmeroma nizki
Vzdržljivost	odlično	slaba	srednje
Izkoriščenost prostora	visoka	srednje	Najvišji
združljivost	Brez neposrednega stika z matično ploščo in modulom čipa, združljivost materialov je močna	Neposreden stik, slaba združljivost materialov	Neposreden stik, slaba združljivost materialov
Enostavnost namestitve	Ne spreminja prvotne oblike strežnika in ohranja obstoječo matično ploščo strežnika, ki je enostavna za namestitev	Spremeni prvotno strukturo matične plošče strežnika, potrebno jo je znova namestiti	Ne spremeni izvirne oblike matične plošče strežnika, enostavna namestitev
Reciklabilnost	Uporablja dvokrožno zanko za doseganje sekundarne uporabe hladilnega sredstva in zmanjšanje obratovalnih stroškov	Kroži skozi zunanje hladilne naprave za zmanjšanje obratovalnih stroškov	Uporabite obtočno črpalko, da dosežete ponovno uporabo virov in zmanjšate obratovalne stroške

Tehnologije tekočega hlajenja vključujejo hladne plošče, potopne in razpršilne vrste. Med njimi ima tehnologija tekočinskega hlajenja s hladno ploščo močne prednosti glede vzdržljivosti, izkoriščenosti prostora in združljivosti; vendar je glede na stroške, zaradi individualno prilagojene naprave za hladno ploščo, strošek uporabe tehnologije razmeroma visok. Tehnologija tekočega hlajenja s pršenjem močno zmanjša stroške gradnje infrastrukture podatkovnega centra s preoblikovanjem starih strežnikov in omaric. V primerjavi z drugima dvema tehnologijama, čeprav ima potopna tehnologija slabšo vzdržljivost in združljivost, ima boljšo zmogljivost pri izrabi prostora in možnosti recikliranja, kar zmanjšuje porabo energije podatkovnih centrov.

Načelni diagram sistema za hlajenje s tekočino s hladno ploščo

Tekočinsko hlajenje s hladno ploščo je tehnologija brezkontaktnega hlajenja s tekočino. Ta tehnologija posredno prenaša toploto grelne naprave na hladilno tekočino, ki je zaprta v obtočnem cevovodu skozi ploščo za hlajenje tekočine (običajno zaprta votlina iz toplotno prevodnih kovin, kot sta baker in aluminij), in odvzema toploto s hlajenjem. tekočina. Sistem za hlajenje s tekočino s hladno ploščo je v glavnem sestavljen iz hladilnega stolpa, CDU, cevovodov za hlajenje s tekočino na primarni in sekundarni strani, hladilnega medija in omarice za hlajenje s tekočino; omara za hlajenje s tekočino vsebuje ploščo za hlajenje s tekočino, cevovode za hlajenje s tekočino v opremi, priključke za tekočino in razdelilnike tekočine.

Načelo odvajanja toplote s tekočim hlajenjem s hladno ploščo:
1. Plošča za tekoče hlajenje je vezana na čip;
2. Toplota opreme čipov se prenese na ploščo za hlajenje tekočine s toplotno prevodnostjo, delovna tekočina pa vstopi v hladilno ploščo pod pogonom obtočne črpalke CDU in nato absorbira toploto v plošči za hlajenje tekočine z izboljšano konvekcijsko izmenjavo toplote .

Načelni diagram enofaznega potopnega tekočinskega hladilnega sistema

Tekočinsko potopno hlajenje je tehnologija kontaktnega tekočinskega hlajenja. Ta tehnologija uporablja hladilno tekočino kot medij za prenos toplote, napravo za ustvarjanje toplote popolnoma potopi v hladilno tekočino, naprava za generiranje toplote pa je v neposrednem stiku s hladilno tekočino in izvaja izmenjavo toplote. Zunanja stran potopnega tekočinskega hladilnega sistema vključuje hladilni stolp, cevno omrežje na primarni strani in hladilno sredstvo na primarni strani; notranja stran vključuje CDU, potopno votlino, IT opremo, cevno omrežje sekundarne strani in hladilno sredstvo sekundarne strani. Med uporabo je oprema IT popolnoma potopljena v hladilno tekočino na sekundarni strani, zato mora hladilna tekočina, ki kroži na sekundarni strani, uporabiti neprevodno tekočino, kot je mineralno olje, silikonsko olje, fluorirana tekočina itd. Glede na to, ali se hladilno sredstvo spremeni fazi med postopkom izmenjave toplote, ga lahko razdelimo na enofazno potopno tekočinsko hlajenje in dvofazno potopno tekočinsko hlajenje.

Med njimi je hladilno sredstvo na sekundarni strani enofazne tehnologije hlajenja s potopno tekočino kot medij za prenos toplote podvrženo samo temperaturnim spremembam med postopkom prenosa toplote in ni fazne spremembe. Postopek je popolnoma odvisen od občutne toplotne spremembe materiala za prenos toplote.

Dvofazni potopni tekočinski hladilni sistem

Pri dvofaznem potopnem tekočinskem hlajenju je sekundarno hladilno sredstvo, ki služi kot medij za prenos toplote, med postopkom prenosa toplote podvrženo fazni spremembi in prenaša toploto na podlagi latentne toplotne spremembe snovi. Njegova pot prenosa toplote je v bistvu enaka kot pri enofaznem potopnem tekočinskem hlajenju. Glavna razlika je v tem, da sekundarna hladilna tekočina kroži samo znotraj potopne votline, zgornji del potopne votline pa je plinasto območje, dno pa tekoče območje: oprema IT je popolnoma potopljena v tekoče hladilno sredstvo z nizkim vreliščem, in tekoče hladilno sredstvo absorbira toploto opreme in zavre. Visokotemperaturno plinasto hladilno sredstvo, ki nastane z uparjanjem, se bo zaradi nizke gostote postopoma zbralo na vrhu potopne votline in kondenziralo v nizkotemperaturno tekoče hladilno sredstvo po izmenjavi toplote s kondenzatorjem, nameščenim na vrhu, in nato steklo nazaj v dno votline pod delovanjem gravitacije, da se doseže odvajanje toplote opreme IT.

Načelni diagram hladilnega sistema s pršenjem

Hlajenje s tekočino v razpršilu je oblika hlajenja s tekočino, ki razprši natančno na naprave na ravni čipa in neposredno razprši hladilno tekočino na naprave za ustvarjanje toplote ali elemente, ki prevajajo toploto in so z njimi povezani z gravitacijo ali sistemskim pritiskom. Gre za tekočinski hladilni sistem z neposrednim kontaktom. Sistem za hlajenje s pršilno tekočino je v glavnem sestavljen iz hladilnega stolpa, CDU, primarnih in sekundarnih cevovodov za hladilno tekočino, hladilnega medija in omarice za hlajenje s pršilno tekočino; omara za hlajenje pršilne tekočine običajno vključuje cevovodni sistem, sistem za distribucijo tekočine, modul za pršenje, sistem za vračanje tekočine itd.

Načelo hladilnega sistema pršilne tekočine: hladilna tekočina, ohlajena v hladni distribucijski enoti, se skozi cevovod črpa v notranjost škropilne omare; po vstopu v ohišje hladilna tekočina neposredno vstopi v napravo za distribucijo tekočine, ki ustreza strežniku, skozi razdelilnik tekočine, ali pa se hladilna tekočina transportira v dovodni rezervoar za tekočino, da zagotovi fiksno količino gravitacijske potencialne energije za pogon hladilne tekočine, da prši skozi tekočino distribucijska naprava; hladilno sredstvo se razprši in ohladi prek naprave za ustvarjanje toplote v opremi IT ali toplotno prevodnega materiala, ki je povezan z njo; segreta hladilna tekočina bo zbrana skozi povratni rezervoar in prečrpana v hladno distribucijsko enoto za naslednji hladilni cikel.

1.3 Razvoj metod hlajenja v rack Power

Diagram razvoja metod hlajenja

Moč posamezne omare presega prag zračnega hlajenja, tekočinsko hlajenje pa je splošni trend. Glede na belo knjigo tehnologije Vertiv je zračno hlajenje na splošno primerno za gostoto moči pod 20 kW/omarica, tekoče hlajenje pa ima očitne prednosti nad 20 kW. Brez upoštevanja dejavnikov, kot so napajalni moduli in omrežni moduli, ob predpostavki, da je mogoče v eno omaro namestiti 6 vadbenih strežnikov z umetno inteligenco, lahko ocenjena moč posameznega omare doseže 37.8 kW (2 CPE s porabo energije 700 W in 8 GPE z poraba energije 5600 W); glede na odvajanje toplote ostalih modulov v omari bo dejanska moč posamezne omare večja. Za strežniške omare za usposabljanje in sklepanje z umetno inteligenco je moč ene same omare presegla razpon gostote moči, ki ga lahko pokrije zračno hlajenje, tekoče hlajenje pa je postalo splošen trend.

2. Diagram razvoja hladilnih metod

2.1 Napetost čipov: premik v dobo tekočinskega hlajenja

V primerjavi z zračnim hlajenjem ima tekočinsko hlajenje več prednosti pri odvajanju toplote, porabi energije, hrupu in stroških vzdrževanja. Toplotna kapaciteta vode je 4000-krat večja od zraka, toplotna prevodnost pa 25-krat večja od zraka. Pri enakem pretoku lahko učinkoviteje zmanjša temperaturo čipov. Hkrati lahko tehnologija tekočega hlajenja enakomerno prekrije površino čipa in izboljša stabilnost sistema. Tekočinski hladilni sistem potrebuje le nizko hitrost ventilatorja, da ohrani odvajanje toplote, tako da se lahko hrup med delovanjem zmanjša za več kot 60 % v primerjavi z zračnim hlajenjem. Poleg tega ima tekočinski hladilni sistem daljšo življenjsko dobo zaradi pomanjkanja zlahka obrabljivih delov.

Tekočinsko hlajenje bo nadomestilo zračno hlajenje kot najboljša izbira. Moč posamezne omare za zračno hlajenje je 0-30kw, moč posamezne omare za tekočinsko hlajenje pa je 30-200kw, od tega je hladna plošča 30-80kw in potopna 80-200kw. Na konferenci GTC 2024 je NVIDIA izdala omarico NVL72 z močjo 120kw. Z nenehnim naraščajočim trendom moči ene same omare zračno hlajenje postopoma ne izpolnjuje zahtev glede odvajanja toplote, tekoče hlajenje pa bo postalo glavni trend.

2.2 Tretja gonilna sila: Vzpon strežnikov z umetno inteligenco naredi rešitve za tekoče hlajenje stroškovno učinkovitejše

Povpraševanje po računalniški moči umetne inteligence poganja celotne pošiljke na trgu strežnikov. Od leta 2019 pošiljke strežnikov v moji državi ohranjajo stalen naraščajoči trend in naj bi leta 4.55 dosegle 2024 milijona enot, kar je 1.3-odstotno medletno povečanje. Čeprav se bodo svetovne pošiljke leta 2023 zmanjšale zaradi prodora dragih strežnikov z umetno inteligenco in odložitve splošnih posodobitev strežnikov, se pričakuje, da bo hitra rast trga strežnikov z umetno inteligenco spodbudila skupne tržne pošiljke, ki naj bi dosegle 13.654 milijona enot v letu 2024. 19.8, kar je medletno povečanje za XNUMX %.

Delež pošiljk strežnikov z umetno inteligenco se iz leta v leto povečuje, tržni obeti za tekočinsko hlajene strežnike pa so obetavni. Leta 2023 so globalne pošiljke strežnikov z umetno inteligenco predstavljale 10.4 %, domači delež pa je bil 7.9 %, kar ohranja enakomerno rast od leta 2020. Pričakuje se, da se bo globalni delež strežnikov z umetno inteligenco leta 15 povečal na 2026 %. Po podatkih IDC je moj Pošiljke tekočinsko hlajenih strežnikov v državi bodo leta 2023 znašale 161,000 enot, kar predstavlja 45 % Tržne pošiljke strežnikov AI. S popularizacijo in uvedbo tekočinsko hlajenih podatkovnih centrov ter podporo nacionalnih politik se pričakuje, da bodo pošiljke strežnikov še naprej rasle.

3. Pokrajina trga tekočega hlajenja in industrijske verige

3.1 Hitra rast v industriji shranjevanja energije spodbuja povečano povpraševanje po sistemih za nadzor toplote

Hiter razvoj svetovnega trga velikih skladišč je glavni vir povpraševanja po nadzoru temperature, zlasti nadzoru temperature hlajenja s tekočino. Kar zadeva skladiščenje velikega obsega na domačem trgu, na podlagi pričakovane letne instalirane zmogljivosti za proizvodnjo električne energije ter rasti povprečne stopnje konfiguracije shranjevanja energije in časa konfiguracije novih projektov ocenjujemo, da bo od leta 2023 do Leta 2025 bo nova nameščena zmogljivost domačega shranjevanja energije pred števcem dosegla 31, 52 oziroma 83 GW.

Kar zadeva shranjevanje na svetovnem trgu, ob upoštevanju statusa gradnje shranjevanja energije in gradbenih potreb večjih trgov, kot so Kitajska, Združene države, Evropska unija, Avstralija in Japonska, ocenjujemo, da bo od leta 2023 do 2025 globalno novo nameščeno zmogljivost shranjevanja energije pred merjenjem bo dosegla 90 GW, 143 GW oziroma 212 GW.

Kar zadeva shranjevanje na svetovnem trgu, ob upoštevanju statusa gradnje shranjevanja energije in gradbenih potreb večjih trgov, kot so Kitajska, Združene države, Evropska unija, Avstralija in Japonska, ocenjujemo, da bo od leta 2023 do 2025 globalno novo nameščeno zmogljivost shranjevanja energije pred merjenjem bo dosegla 90 GW, 143 GW oziroma 212 GW.