АИ отвара пут за нову еру у индустрији хлађења течности

1. Поређење технологије хлађења и принципи

Течно хлађење наспрам ваздушног хлађења
	Аир Цоолинг	Течно хлађење
Медијум за размену топлоте	ваздух	Течност
Погонске компоненте	Обожавалац	Уклоните вентилаторе
Капацитет дисипације топлоте	Општи капацитет дисипације топлоте	Добро одвођење топлоте
Уштеда енергије и смањење потрошње	ПУЕ вредност мања од 2	ПУЕ вредност унутар 1.2
Бука	Висока бука	Уклоните вентилаторе, ниску буку
Трошкови изградње	Ормари се могу поставити само у малој густини, а ормарићи заузимају велику површину рачунарске собе, захтевајући традиционалну прецизну климатизацију и дизајн топлог и хладног канала	Може донијети дизајн распореда ормара високе густине, смањити заузету површину рачунарске собе, низак ПУЕ значи мањи обим напајања, дистрибуције и резервне инфраструктуре
Избор локације	Високи захтеви за климу животне средине и факторе снаге	Није ограничен квалитетом ваздуха, климом и енергетском политиком, може се користити широм света

1.1 Технологија ваздушног хлађења

Дијаграм принципа система ваздушног хлађења

Технологија ваздушног хлађења је главна технологија хлађења у центрима података. Принцип одвођења топлоте радијатора са ваздушним хлађењем је да топлоту коју генерише објекат који ствара топлоту одводи до хладњака са већим топлотним капацитетом и површином дисипације топлоте кроз метални хладњак који је у блиском контакту са објектом који ствара топлоту ( за рачунаре, то су ЦПУ, ГПУ и други полупроводнички чипови), а затим искористите ефекат преусмеравања вентилатора да би ваздух брзо прошао кроз површину хладњака, убрзавајући топлотну конвекцију између хладњака и ваздуха, односно принудном конвекцијом одвођења топлоте.

1.2 Технологија течног хлађења

Поређење три технологије хлађења течности
	Тип хладне плоче	Врста потапања	Врста спреја
трошак	Хладна плоча захтева много спецификација, од којих већину треба посебно прилагодити, а цена је релативно висока	Користи више расхладне течности, са средњом ценом	Модификовањем старих сервера и ормара ради додавања неопходних уређаја, цена је релативно ниска
Одрживост	Одличан	слаб	Средњи
Искоришћење простора	висок	Средњи	Највиши
Компатибилност	Нема директног контакта са матичном плочом и модулом чипа, компатибилност материјала је јака	Директан контакт, лоша компатибилност материјала	Директан контакт, лоша компатибилност материјала
Једноставност инсталације	Не мења оригинални облик сервера и задржава постојећу матичну плочу сервера, која се лако инсталира	Мења оригиналну структуру матичне плоче сервера, потребно је поново инсталирати	Не мења оригинални облик матичне плоче сервера, лако се инсталира
Рециклабилност	Користи циркулацију петље са два круга за постизање секундарне употребе расхладног средства и смањење оперативних трошкова	Циркулише кроз уређаје за хлађење на отвореном ради смањења оперативних трошкова	Користите циркулациону пумпу да бисте постигли поновну употребу ресурса и смањили оперативне трошкове

Технологије хлађења течностима укључују хладну плочу, потапање и типове спреја. Међу њима, технологија течног хлађења хладне плоче има јаке предности у примени у погледу одржавања, коришћења простора и компатибилности; али у смислу трошкова, због индивидуално прилагођеног уређаја за хладну плочу, цена примене технологије је релативно висока. Технологија хлађења распршивањем у великој мери смањује трошкове изградње инфраструктуре дата центара трансформацијом старих сервера и ормара. У поређењу са друге две технологије, иако технологија урањања има лошију одрживост и компатибилност, има боље перформансе у коришћењу простора и рециклажи, смањујући потрошњу енергије у центрима података.

Принципски дијаграм система за хлађење течности са хладним плочама

Течно хлађење хладним плочама је технологија хлађења без контакта. Ова технологија индиректно преноси топлоту уређаја за грејање на расхладну течност затворену у циркулационом цевоводу кроз плочу за хлађење течности (обично затворену шупљину направљену од метала који проводе топлоту као што су бакар и алуминијум), и одузима топлоту кроз хлађење. течност. Систем за течно хлађење хладне плоче се углавном састоји од расхладног торња, ЦДУ-а, примарних и секундарних бочних цевовода за течно хлађење, расхладног медијума и течног расхладног ормарића; орман за течно хлађење садржи плочу за хлађење течности, цевоводе за хлађење течности у опреми, конекторе за течност и дистрибутере течности.

Принцип дисипације топлоте течним хлађењем хладне плоче:
1. Течна расхладна плоча је везана за чип;
2. Топлота опреме за чип се преноси на плочу за хлађење течности кроз проводљивост топлоте, а радни флуид улази у хладну плочу испод погона ЦДУ циркулационе пумпе, а затим апсорбује топлоту у течној расхладној плочи кроз побољшану конвекцијску размену топлоте .

Принципски дијаграм једнофазног имерсионог система за хлађење течности

Хлађење течним потапањем је технологија контактног течног хлађења. Ова технологија користи расхладну течност као медиј за пренос топлоте, потпуно урања уређај за генерисање топлоте у расхладну течност, а уређај за генерисање топлоте је у директном контакту са расхладним средством и врши размену топлоте. Спољна страна система за хлађење течним потапањем укључује расхладни торањ, примарну бочну цевну мрежу и примарну страну расхладног средства; унутрашња страна укључује ЦДУ, шупљину за урањање, ИТ опрему, секундарну цевну мрежу и расхладну течност на секундарној страни. Током употребе, ИТ опрема је потпуно уроњена у расхладну течност на секундарној страни, тако да расхладна течност која циркулише на секундарној страни треба да користи непроводну течност, као што су минерално уље, силиконско уље, флуорована течност, итд. У зависности од тога да ли се расхладна течност мења у фаза током процеса размене топлоте, може се поделити на једнофазно потопљено течно хлађење и двофазно потопљено течно хлађење.

Међу њима, секундарна бочна расхладна течност технологије једнофазног хлађења течним потапањем, јер медиј за пренос топлоте пролази само кроз температурне промене током процеса преноса топлоте и нема промене фазе. Процес се у потпуности ослања на разумну промену топлоте материјала за пренос топлоте.

Двофазни систем за хлађење течности са потапањем

У двофазном течном хлађењу потапањем, секундарно расхладно средство, које служи као медијум за пренос топлоте, пролази кроз фазну промену током процеса преноса топлоте и преноси топлоту ослањајући се на латентну промену топлоте супстанце. Његов пут преноса топлоте је у основи исти као и код једнофазног хлађења течним потапањем. Главна разлика је у томе што секундарна расхладна течност циркулише само унутар урањајуће шупљине, а врх шупљине за урањање је гасовито подручје, а дно је течно подручје: ИТ опрема је потпуно уроњена у течно расхладно средство ниске тачке кључања, а течно расхладно средство упија топлоту опреме и кључа. Високотемпературна гасовита расхладна течност произведена испаравањем постепено ће се скупљати на врху шупљине за урањање због своје мале густине и кондензовати у нискотемпературну течну расхладну течност након размене топлоте са кондензатором инсталираним на врху, а затим ће тећи назад у дно шупљине под дејством гравитације за постизање одвођења топлоте ИТ опреме.

Принципијелни дијаграм система за хлађење у спреју

Течно хлађење распршивањем је облик течног хлађења који прска прецизно на уређаје на нивоу чипа и директно прска расхладну течност на уређаје који генеришу топлоту или елементе који проводе топлоту повезане са њима гравитацијом или притиском система. То је систем за хлађење течности са директним контактом. Систем за хлађење распршивањем се углавном састоји од расхладног торња, ЦДУ-а, примарних и секундарних цевовода за хлађење течности, расхладног медијума и расхладног ормара за течност; орман за хлађење течности за прскање обично укључује систем цевовода, систем за дистрибуцију течности, модул за прскање, систем поврата течности итд.

Принцип система за хлађење спреј течности: расхладна течност хлађена у јединици за дистрибуцију хладноће се пумпа у унутрашњост ормарића за прскање кроз цевовод; након уласка у кабинет, расхладна течност директно улази у уређај за дистрибуцију течности који одговара серверу преко дистрибутера течности, или се расхладна течност транспортује до улазног резервоара течности како би се обезбедила фиксна количина гравитационе потенцијалне енергије која покреће расхладну течност да прска кроз течност уређај за дистрибуцију; расхладна течност се распршује и хлади кроз уређај за генерисање топлоте у ИТ опреми или топлотно проводни материјал повезан са њим; загрејана расхладна течност ће се сакупљати кроз повратни резервоар и пумпати у јединицу за дистрибуцију хладноће за следећи циклус хлађења.

1.3 Еволуција метода хлађења у напајању рацкова

Дијаграм еволуције метода хлађења

Снага једног ормарића премашује праг ваздушног хлађења, а течно хлађење је општи тренд. Према Белом папиру технологије Вертив, ваздушно хлађење је генерално погодно за густине снаге испод 20 кВ/орману, а течно хлађење има очигледне предности изнад 20 кВ. Не узимајући у обзир факторе као што су модули за напајање и мрежни модули, под претпоставком да се 6 сервера за обуку АИ може поставити у један рацк, процењена снага једног рака може да достигне 37.8 кВ (2 ЦПУ-а са потрошњом енергије од 700 В и 8 ГПУ-а са потрошња енергије од 5600в); с обзиром на расипање топлоте других модула у ормару, стварна снага једног ормарића ће бити већа. За кабинете за обуку АИ и сервере за закључивање, снага једног кабинета је премашила опсег густине снаге који се може покрити ваздушним хлађењем, а течно хлађење је постало општи тренд.

2. Дијаграм еволуције метода хлађења

2.1 Напон снаге чипа: Прелазак у еру течног хлађења

У поређењу са ваздушним хлађењем, течно хлађење има више предности у дисипацији топлоте, потрошњи енергије, буци и трошковима одржавања. Топлотни капацитет воде је 4000 пута већи од ваздуха, а топлотна проводљивост је 25 пута већа од ваздуха. При истој брзини протока, може ефикасније смањити температуру чипа. Истовремено, технологија течног хлађења може равномерно покрити површину чипа и побољшати стабилност система. Систему за течно хлађење је потребна само мала брзина вентилатора да би се одржало расипање топлоте, тако да се бука може смањити за више од 60% у поређењу са ваздушним хлађењем током рада. Поред тога, недостатак лако хабајућих делова чини да систем за течно хлађење има дужи век трајања.

Течно хлађење ће заменити ваздушно хлађење као најбољи избор. Снага појединачног ормана за ваздушно хлађење је 0-30кв, а снага појединачног ормана за течно хлађење је 30-200кв, од чега је хладна плоча 30-80кв и потапање 80-200кв. На ГТЦ конференцији 2024, НВИДИА је представила НВЛ72 кабинет снаге 120кв. Уз континуирани тренд раста снаге једног ормарића, ваздушно хлађење постепено није успело да испуни захтеве за расипање топлоте, а течно хлађење ће постати главни тренд.

2.2 Трећа покретачка сила: Пораст АИ сервера чини решења за хлађење течним хлађењем исплативијим

Потреба за рачунарском снагом вештачке интелигенције покреће укупну испоруку сервера на тржишту. Од 2019. године, испоруке сервера у мојој земљи су задржале стабилан тренд раста и очекује се да ће достићи 4.55 милиона јединица у 2024. години, што је повећање од 1.3% у односу на претходну годину. Иако ће глобалне испоруке пасти у 2023. због продора скупих АИ сервера и одлагања општих ажурирања сервера, очекује се да ће брз раст тржишта АИ сервера подстаћи укупне испоруке на тржишту, за које се очекује да ће достићи 13.654 милиона јединица у 2024, што је повећање од 19.8% у односу на претходну годину.

Удео испорука АИ сервера се повећава из године у годину, а тржишни изгледи за сервере са течним хлађењем су обећавајући. У 2023. години, глобална испорука АИ сервера износила је 10.4%, а домаћи удео је био 7.9%, одржавајући стабилан раст од 2020. Очекује се да ће се глобални удео АИ сервера повећати на 15% у 2026. Према ИДЦ-у, мој испорука сервера са течним хлађењем у 2023. години биће 161,000 јединица, што чини 45% испоруке на тржишту АИ сервера. Са популаризацијом и применом центара података са течним хлађењем и подршком националних политика, очекује се да ће испоруке сервера наставити да расту.

3. Пејзаж тржишта течног хлађења и индустријског ланца

3.1 Брзи раст у индустрији складиштења енергије подстиче повећану потражњу за системима термалне контроле

Брз развој глобалног тржишта складиштења великих размера је главни извор потражње за контролом температуре, посебно за контролу температуре течног хлађења. Што се тиче складиштења великих размера на домаћем тржишту, на основу очекивања годишњег инсталисаног капацитета за производњу нове енергије, као и раста просечне стопе конфигурације складишта енергије и времена конфигурације нових пројеката, процењујемо да ће од 2023. 2025., нови инсталисани капацитет домаћег складиштења енергије пред бројила ће достићи 31, 52 и 83 ГВ респективно.

Што се тиче складиштења на глобалном тржишту, узимајући у обзир статус изградње складишта енергије и потребе изградње великих тржишта као што су Кина, Сједињене Државе, Европска унија, Аустралија и Јапан, процењујемо да ће од 2023. до 2025. капацитет складишта енергије пре мерача достићи ће 90ГВ, 143ГВ и 212ГВ, респективно.

Што се тиче складиштења на глобалном тржишту, узимајући у обзир статус изградње складишта енергије и потребе изградње великих тржишта као што су Кина, Сједињене Државе, Европска унија, Аустралија и Јапан, процењујемо да ће од 2023. до 2025. капацитет складишта енергије пре мерача достићи ће 90ГВ, 143ГВ и 212ГВ, респективно.