Den flydende køleteknologiske revolution i datacentre

Med den innovative udvikling af teknologier som AI, cloud computing og big data, foretager datacentre og kommunikationsudstyr, som informationsinfrastruktur, en stigende mængde beregninger. Med den hurtige stigning i computerkraft i datacentre er effekttætheden af ​​enkelte kabinetter steget, hvilket stiller højere krav til varmeafledningseffektiviteten. På den anden side er datacentre under "dual carbon"-politikken, som "store energiforbrugere", forpligtet til løbende at reducere deres PUE-indikatorer for at sænke kølesystemets elforbrug. Traditionel luftkøling kan dog ikke længere opfylde ovennævnte varmeafledningskrav, og væskekølingsteknologi er opstået.

Den bedste datacenter-GPU, der var tilgængelig på markedet for 10 år siden, var NVIDIA K40, med en termisk designeffekt (TDP) på 235W. Da NVIDIA udgav A100 i 2020, var TDP tæt på 400W, og med den seneste H100-chip steg TDP til 700W. Det termiske designstrømforbrug for en enkelt højtydende AI-chip har nået 1000W. Det er underforstået, at Intel er ved at udvikle en chip, der kan nå 1,5 kW. Konkurrencen inden for kunstig intelligens bunder i sidste ende ned til konkurrence inden for computerkraft, og en stor flaskehals for høje computerchips er deres varmeafledningsevne. Når chippens TDP overstiger 1000W, skal væskekølingsteknologi anvendes.

Væskekølingsteknologi kan effektivt løse problemerne med højdensitetsinstallation og lokal overophedning i computerrum, hvoriblandt nedsænket væskekøling har enestående fordele med hensyn til varmeafledning og energibesparelse. Nedsænkningsvæskekøling er en typisk væskekølingsmetode med direkte kontakt, hvor elektroniske enheder nedsænkes i en kølevæske, og den genererede varme overføres direkte til kølevæsken og ledes gennem væskens cirkulation. Nedsænkningsvæskekøling kan klassificeres i to typer: 1-faset nedsænkningsvæskekøling og faseændringssænkningsvæskekøling, afhængigt af om den anvendte kølevæske vil undergå en tilstandsændring under afkøling af elektroniske enheder. Fordelen ved enfaset er, at installationsomkostningerne og kølemedieomkostningerne er lavere, og der er ingen risiko for kølevæskeoverløb; Fordelen ved faseskift ligger i dens højere varmeafledningskapacitet og grænse, men den halter stadig bagud enfaset med hensyn til omkostninger og teknologisk modenhed.

Enkeltfaset nedsænkningskøling giver en overbevisende løsning til datacentre, der søger effektiv og pålidelig termisk styring. I denne metode nedsænkes IT-komponenterne fuldstændigt i en specielt formuleret isolerende væske. Denne væske absorberer direkte varme fra serveren, svarende til to-faset nedsænkningskøling. I modsætning til tofasede systemer koger enfaset kølevæske ikke eller gennemgår faseovergange. Det forbliver flydende under hele afkølingsprocessen. Den opvarmede isoleringsvæske cirkulerer gennem varmeveksleren inde i kølefordelingsenheden (CDU). Denne varmeveksler overfører termisk energi til et uafhængigt kølemedium, typisk et lukket vandsystem. Den afkølede isoleringsvæske pumpes derefter tilbage i dyktanken for at afslutte kølecyklussen.

I et tofaset nedsænket kølesystem nedsænkes elektroniske komponenter i et isoleret varmeledende væskebad, som har meget bedre varmeledningsevne end luft, vand eller olie. Forskellen mellem to-faset dyppevæskekøling er, at kølevæsken gennemgår en faseovergang. Varmeoverførselsvejen for tofaset nedsænkningsvæskekøling er grundlæggende den samme som for enfaset nedsænkningsvæskekøling, med den største forskel er, at den sekundære sidekølevæske kun cirkulerer i det indre område af dykkammeret, med toppen af hvor nedsænkningskammeret er den gasformige zone, og bunden er væskezonen; IT-udstyret er helt nedsænket i en flydende kølevæske med lavt kogepunkt, som optager varme fra udstyret og koger. Den højtemperaturgasformige kølevæske, der produceres ved fordampning, samler sig på grund af dens lave densitet gradvist i toppen af ​​nedsænkningskammeret og udveksler varme med kondensatoren installeret i toppen og kondenserer til en lavtemperatur flydende kølevæske. Det flyder derefter tilbage til bunden af ​​kammeret under påvirkning af tyngdekraften, hvilket opnår varmeafledning til it-udstyret.

I processen med innovativ udvikling af varmeafledningsteknologi, uanset om det er chips eller elektroniske enheder, er volumen, designomkostninger, pålidelighed og andre aspekter af produkter tærskler, som virksomheder ikke kan undgå. Det er også problemer, som varmeafledningsteknologien skal afbalancere og løse. Forskellige kombinationsteknologier kan bruges til at udvikle produkter til forskellige varmeafledningsmaterialer, teknologier og anvendelsesscenarier for at finde den optimale løsning til det aktuelle mønster.