Βασικά σημεία της υγρής ψύξης στην εξέλιξη και πρακτικές εφαρμογές της υπολογιστικής ισχύος AI

 

 

Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη τεχνολογιών όπως η τεχνητή νοημοσύνη, τα μεγάλα δεδομένα και τα μεγάλα μοντέλα, η ζήτηση για αποτελεσματική ψύξη αυξάνεται σταθερά. Η τεχνολογία υγρής ψύξης έχει κερδίσει ευρεία προσοχή και εφαρμογή. Πολλές γνωστές εταιρείες έχουν επενδύσει στην έρευνα και εφαρμογή της τεχνολογίας υγρής ψύξης, οδηγώντας τη συνεχή καινοτομία και ανάπτυξή της. Η εφαρμογή της τεχνολογίας υγρής ψύξης επεκτείνεται σταδιακά και σε τομείς όπως η επικοινωνία 5G και ο υπολογισμός άκρων, παρέχοντας ισχυρή υποστήριξη για την ανάπτυξή τους.

 

Σύμφωνα με πρακτορεία έρευνας αγοράς, η παγκόσμια αγορά υγρής ψύξης αναμένεται να διατηρήσει ταχεία ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια, φτάνοντας τα δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2025. Στην κινεζική αγορά, η εφαρμογή της τεχνολογίας υγρής ψύξης αυξάνεται σταδιακά και το μέγεθος της αγοράς είναι αναμένεται να διπλασιαστεί τα επόμενα χρόνια.

 

 

I Εξέλιξη Υπολογιστικής Ισχύος και Ψύξης

 

Στην εξέλιξη της υπολογιστικής ισχύος, η ψύξη παίζει κρίσιμο ρόλο. Κάθε σημαντική ανακάλυψη στην υπολογιστική ισχύ συνοδεύτηκε συχνά από βελτιώσεις στην τεχνολογία ψύξης. Από νωρίς, η ψύξη με αέρα ήταν η κύρια μέθοδος, χρησιμοποιώντας ανεμιστήρες για την κίνηση του αέρα και τη διάχυση της θερμότητας. Αυτή είναι μια πιο παραδοσιακή και κοινή μέθοδος ψύξης.

 

Καθώς η υπολογιστική ισχύς αυξανόταν και η παραγωγή θερμότητας αυξανόταν, εμφανίστηκε πιο αποτελεσματική τεχνολογία ψύξης σωλήνων θερμότητας. Οι σωλήνες θερμότητας μεταφέρουν θερμότητα μέσω της εξάτμισης και της συμπύκνωσης ενός ρευστού εργασίας, προσφέροντας καλή θερμική αγωγιμότητα. Η τεχνολογία υγρής ψύξης αναδείχθηκε σταδιακά, απορροφώντας και μεταφέροντας αποτελεσματικά τη θερμότητα μέσω του κυκλοφορούντος υγρού, παρέχοντας υψηλότερη απόδοση σε σύγκριση με την ψύξη με αέρα. Καθώς οι απαιτήσεις υπολογιστών σε ετερογενή συστήματα, συστήματα HPC και AI συνεχίζουν να αυξάνονται, η σημασία της υγρής ψύξης γίνεται πιο εμφανής.

 

▲ Πίσω από την εξέλιξη της τεχνολογίας ψύξης βρίσκεται η συνεχής αλλαγή της τεχνολογίας Chip

 

Η προηγμένη συσκευασία έχει γίνει μια κρίσιμη διαδρομή για την επέκταση του νόμου του Moore, καθώς οι διαδικασίες ημιαγωγών πλησιάζουν τα φυσικά όρια. Εκτός από τη συρρίκνωση του μεγέθους της συσκευής μέσω τεχνολογιών διεργασιών, την ανάπτυξη νέων υλικών και τη βελτίωση των δομών του κυκλώματος για την ενίσχυση της πυκνότητας των τρανζίστορ, η αλλαγή των μεθόδων συσκευασίας για την αύξηση της χωρητικότητας του ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι επίσης μια σημαντική κατεύθυνση. Σε σενάρια όπως η συσκευασία πολλαπλών τσιπ 2.5D και 3D, που βελτιώνουν την απόδοση του συστήματος, η υγρή ψύξη καθίσταται απαραίτητη σε λύσεις ψύξης υψηλής απόδοσης, καθώς αυξάνεται η ισχύς του συστήματος και η πυκνότητα θερμότητας στα πλαίσια υπολογιστικών δικτύων.

 

Καθώς η εκπαίδευση τεχνητής νοημοσύνης και η εξαγωγή συμπερασμάτων αναδομούν τις αρχιτεκτονικές δικτύων υπολογιστών, ο ρυθμός ανάπτυξης μεγάλων παραμέτρων μοντέλου είναι σημαντικά ταχύτερος από αυτόν της μνήμης GPU. Τα συστήματα υψηλής ενσωμάτωσης, μεγάλης μνήμης και πολλαπλών GPU είναι καλύτερα κατάλληλα για εκπαίδευση και εξαγωγή συμπερασμάτων μεγάλων μοντέλων. Με τη σημαντικά αυξημένη πυκνότητα τσιπ στα ντουλάπια AIDC, η εξέλιξη από την παραδοσιακή ψύξη στην αποτελεσματική υγρή ψύξη είναι αναπόφευκτη.

 

▲ ντουλάπια AIDC

 

 

II Σενάρια Εφαρμογής και Τεχνολογία Υγρής Ψύξης

 

Σε επίπεδο τσιπ, όταν η τυπική κατανάλωση ενέργειας ενός τσιπ υπερβαίνει τα 300 W, απαιτείται υγρή ψύξη για να διασφαλιστεί η απελευθέρωση της υπολογιστικής ισχύος. Σε επίπεδο συστήματος, η ισχύς των διακομιστών AI έχει αυξηθεί από το επίπεδο των 10 kW σε δεκάδες kW ανά ντουλάπι, δημιουργώντας επείγουσα ανάγκη για διείσδυση υγρής ψύξης. Σε επίπεδο κέντρου δεδομένων, ο μόνος τρόπος για να μειωθεί το IDC PUE από πάνω από 1,5 σε 1,2 είναι η υιοθέτηση της υγρής ψύξης.

 

Επί του παρόντος, οι κύριες λύσεις υγρής ψύξης στην Κίνα περιλαμβάνουν τύπους ψυχρής πλάκας, εμβάπτισης και ψεκασμού, με την ψυχρή πλάκα να είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη.

 

 

▲ Τύποι κρύας πλάκας, εμβάπτισης και ψεκασμού

 

▲ Ψυχρή πλάκα, Αλλαγή Φάσης, Εμβύθιση Μονής Φάσης και Ψύξη με Ψεκασμό

 

Καθώς οι απαιτήσεις για υπολογιστική απόδοση αυξάνονται, η τεχνολογία υγρής ψύξης διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στα ακόλουθα βασικά σενάρια εφαρμογών:

1. Κέντρα δεδομένων:Διακομιστές ψύξης και άλλος εξοπλισμός πληροφορικής για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και τη μείωση του λειτουργικού κόστους.

2. Υπερυπολογιστές:Χειρισμός υπολογιστικών εργασιών μεγάλης κλίμακας για εξασφάλιση υψηλής απόδοσης και σταθερότητας.

3. Τεχνητή Νοημοσύνη:Εκπαίδευση και εκτέλεση μοντέλων βαθιάς μάθησης για την επιτάχυνση του υπολογισμού.

4. Ιατρικές συσκευές:Διατήρηση εξοπλισμού όπως μηχανές μαγνητικής τομογραφίας σε θερμοκρασίες λειτουργίας.

5. Βιομηχανική Μεταποίηση:Εξοπλισμός επεξεργασίας ψύξης για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής και της ποιότητας του προϊόντος.

6. Ηλεκτρικό όχημα:Πακέτα μπαταριών ψύξης για παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και βελτίωση της ασφάλειας.

7. Αεροδιαστημική:Ηλεκτρονικά ψύξης και εξαρτήματα κινητήρα.

8. Έρευνα:Ψύξη διαφόρων πειραματικών εξοπλισμών.

9. Υπολογιστές παιχνιδιών:Παροχή λύσεων ψύξης υψηλής απόδοσης.

10. Εξόρυξη κρυπτονομισμάτων:Διατήρηση αποτελεσματικής λειτουργίας του εξοπλισμού εξόρυξης.

 

 

III Αναπτυξιακές Τάσεις στην Τεχνολογία Υγρής Ψύξης

 

Στο πλαίσιο της εξοικονόμησης ενέργειας και της μείωσης των εκπομπών, τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας υγρής ψύξης γίνονται σταδιακά εμφανή και εμφανίζονται αρκετές νέες τάσεις:

1. Υψηλότερη απόδοση:Συνεχής βελτίωση της απόδοσης ψύξης για την κάλυψη των αυξανόμενων απαιτήσεων υπολογιστών.

2. Χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας:Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας μέσω βελτιστοποιημένου σχεδιασμού και υλικών.

3. Ευρύτερες εφαρμογές:Επέκταση σε περισσότερα πεδία όπως η επικοινωνία 5G και ο υπολογισμός αιχμής.

4. Έξυπνη διαχείριση:Επίτευξη έξυπνης παρακολούθησης και διαχείρισης συστημάτων υγρής ψύξης.

5. Περιβαλλοντική βιωσιμότητα:Χρησιμοποιώντας φιλικά προς το περιβάλλον ψυκτικά και υλικά.

6. Ολοκληρωμένος σχεδιασμός:Ενσωμάτωση με άλλες τεχνολογίες για τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του συστήματος.

7. Μείωση κόστους:Μείωση κόστους καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και κλιμακώνεται.

8. Βελτιωμένη αξιοπιστία:Ενίσχυση της συνολικής αξιοπιστίας και σταθερότητας των συστημάτων υγρής ψύξης.

9. Προσαρμοσμένες λύσεις:Παροχή εξατομικευμένων λύσεων υγρής ψύξης για διαφορετικά σενάρια εφαρμογής.

10. Ανάκτηση θερμότητας:Διερεύνηση της επαναχρησιμοποίησης της θερμότητας που παράγεται από συστήματα υγρής ψύξης.

 

 

IV Χαρακτηριστικά και Σενάρια Εφαρμογής Κοινών Τεχνολογιών Υγρής Ψύξης

 

▲ Χαρακτηριστικά και σενάρια εφαρμογής κοινών τεχνολογιών υγρής ψύξης

 

 

V Το όριο υπολογιστικής ισχύος είναι η ηλεκτρική ενέργεια

 

Συζητώντας το "East Data West Computation", καθώς οι IDC/AIDC είναι βιομηχανίες υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, η αντιστοίχιση της υπολογιστικής ισχύος με την ηλεκτρική ενέργεια είναι μια πρακτική ανάγκη. Σύμφωνα με το Omdia 2020, η παγκόσμια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των κέντρων δεδομένων αντιπροσωπεύει το 2% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας της κοινωνίας.

 

Το PUE είναι ένα σημαντικό πρότυπο για την αξιολόγηση της οικονομικής σκοπιμότητας και της κατανάλωσης ενέργειας των έργων IDC. Το "East Data West Computation" απαιτεί επίπεδα PUE κέντρου δεδομένων υψηλότερα από τα τρέχοντα πρότυπα (γενικά απαιτείται PUE περίπου 1,2 για εθνικά έργα). Ο πυρήνας για την επίτευξη στόχων εξοικονόμησης ενέργειας βρίσκεται στον εξοπλισμό ελέγχου θερμοκρασίας εξοικονόμησης ενέργειας. Το "East Data West Computation" σημαίνει σημαντική αύξηση στο συνολικό επίπεδο υπολογιστικής ισχύος της Κίνας και η ζήτηση για υποστήριξη εξοπλισμού ψύξης και εξοικονόμησης ενέργειας για έλεγχο θερμοκρασίας θα αυξηθεί παράλληλα.

 

PUE=IDC συνολική κατανάλωση ενέργειας / κατανάλωση ενέργειας εξοπλισμού πληροφορικής

 

Κατανάλωση ενέργειας εξοπλισμού πληροφορικής=ονομαστική ισχύς ανά ντουλάπι × αριθμός ηλεκτρικών ντουλαπιών × 24 ώρες × αριθμός ημερών ανά έτος × συντελεστής φορτίου

 

 

VI Βελτίωση της οικονομίας της υγρής ψύξης

 

Καταρρίπτοντας τη δομή κόστους του AIDC, η διείσδυση υγρής ψύξης έχει ήδη αποδείξει οικονομική βιωσιμότητα, λόγω της πυκνότητας ισχύος και όχι μόνο του κόστους της υγρής ψύξης.

 

Από την άποψη του Capex:κατασκευή (κόστος χώρου), διανομή ισχύος (χωρητικότητα ισχύος) και κόστος εξοπλισμού θερμικής διαχείρισης (αερόψυξη ή υγρή ψύξη) αποτελούν την πλειοψηφία της αρχικής επένδυσης (χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ο εξοπλισμός ΤΠΕ, μερίδιο κόστους > 50%).

 

Από την άποψη του Opex:Η ηλεκτρική ενέργεια και οι αποσβέσεις είναι τα κύρια τρέχοντα λειτουργικά κόστη (το μερίδιο κόστους μπορεί να υπερβεί το 80%).

 

Ο βασικός παράγοντας για τη μέτρηση της οικονομίας της υγρής ψύξης έγκειται στην εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας που επιτυγχάνεται μέσω της βελτιστοποίησης PUE, της αυξημένης πυκνότητας και κατά πόσον αυτά μπορούν να αντισταθμίσουν την πρόσθετη αρχική επένδυση σε εξοπλισμό.

 

 

▲ Μέθοδος Βελτίωσης των Οικονομικών της Υγρής Ψύξης

 

 

VII Το Λογικό Πλαίσιο του Υγρό Ψύξη Οικονομικά

 

Στο παραδοσιακό κόστος κατασκευής IDC, η κατασκευή, η διανομή ισχύος και ο κλιματισμός είναι οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την οικονομική σκοπιμότητα του έργου. Καθώς η πυκνότητα ισχύος των ντουλαπιών αυξάνεται, η επιρροή του εξοπλισμού ισχύος Capex και της ετήσιας ηλεκτρικής ενέργειας Opex στο επιχειρηματικό μοντέλο IDC έχει αυξηθεί σημαντικά.

 

 ▲ The Logical Framework of Liquid Cooling Economics

 

 

VIII Υγρό Ψύξη για Υπολογιστική Ισχύ

 

Παρόμοια με το σύστημα υπολογιστικής ισχύος AI, η αποτελεσματική και σταθερή λειτουργία των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας απαιτεί επίσης αυστηρές συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας. Η θερμοκρασία επηρεάζει άμεσα τη χωρητικότητα της μπαταρίας και την υποβάθμιση της απόδοσης και σχετίζεται άμεσα με θερμικά ατυχήματα. Επί του παρόντος, οι κύριες τεχνολογίες ψύξης για την αποθήκευση ενέργειας περιλαμβάνουν την ψύξη με αέρα, την υγρή ψύξη, την ψύξη σωλήνων θερμότητας και την ψύξη με αλλαγή φάσης. Η ψύξη με αέρα και υγρό είναι το κύριο ρεύμα της βιομηχανίας.

Σύμφωνα με το China Energy Storage Network, το κόστος της μπαταρίας στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας είναι περίπου 55%, το PCS αντιπροσωπεύει περίπου το 20%, το BMS και το EMS μαζί αντιπροσωπεύουν περίπου το 11% και το κόστος της θερμικής διαχείρισης ποικίλλει μεταξύ 2-4 % ανάλογα με την επιλεγμένη τεχνολογία ψύξης.

 

Με την κατασκευή σταθμών αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης χωρητικότητας, υψηλής πυκνότητας, όπως οι νέοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής και η αποθήκευση εκτός δικτύου, που οδηγούνται από μεγάλες ενεργειακές ομάδες και μεγάλους ολοκληρωτές συστημάτων, η διείσδυση της υγρής ψύξης στην αποθήκευση ενέργειας αυξάνεται. Η επέκταση του ελέγχου θερμοκρασίας αποθήκευσης ενέργειας από τον έλεγχο θερμοκρασίας ακριβείας IDC, τον βιομηχανικό έλεγχο θερμοκρασίας και τον έλεγχο θερμοκρασίας νέου ενεργειακού οχήματος υποδηλώνει πιθανές μελλοντικές εξελίξεις.

 

▲ Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας

 

Η κατάντη συγκέντρωση της βιομηχανίας ελέγχου θερμοκρασίας αποθήκευσης ενέργειας είναι υψηλή, με ισχυρή διαπραγματευτική ισχύ και διαπραγματευτική μόχλευση. Μόλις καθιερωθεί μια πιστοποίηση προμήθειας, η σχέση είναι κολλώδης, καθιστώντας σημαντικά τα πλεονεκτήματα της πρώτης κίνησης. Η πιστοποίηση των βασικών τσιπ τεχνητής νοημοσύνης και των κατασκευαστών τερματικών, μαζί με τις δυνατότητες εξυπηρέτησης, είναι τα βασικά εμπόδια για την είσοδο της υγρής ψύξης στην υπολογιστική ισχύ.

 

Η μεγάλης κλίμακας εφαρμογή συστημάτων ψύξης αέρα και υγρού στην αποθήκευση ενέργειας, σε συνδυασμό με την ταχεία αύξηση της ζήτησης, καθιστά κρίσιμες τις δυνατότητες παράδοσης προϊόντων και τον έλεγχο του κόστους. Η μείωση του επενδυτικού κόστους ΤΠΕ και IDC μέσω της κατασκευής και του ελέγχου του κόστους είναι απαραίτητη.

 

Καθώς η χωρητικότητα αποθήκευσης αυξάνεται, οι απαιτήσεις προσαρμογής προϊόντων αυξάνονται. Τα συστήματα υγρής ψύξης απαιτούν υψηλή προσαρμογή όσον αφορά τον αριθμό των διαδρομών ροής, τους ρυθμούς ροής και τις ταχύτητες ροής, ωθώντας τους πελάτες να επιλέξουν κατασκευαστές με δυνατότητες συν-σχεδιασμού. Το τμήμα εξαρτημάτων επικεντρώνεται σε τυποποιημένα προϊόντα με σημαντικές διακυμάνσεις απόδοσης μεταξύ προϊόντων, ενώ το τμήμα συστημάτων επικεντρώνεται σε μη τυποποιημένα προϊόντα, που απαιτούν κατανόηση της τεχνολογίας διαχείρισης θερμότητας και γνώση συστημάτων ICT και IDC.

 

 

Ⅸ Πώς να επιλέξετε τη σωστή τεχνολογία υγρής ψύξης

 

Η επιλογή της κατάλληλης τεχνολογίας υγρής ψύξης απαιτεί να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθοι παράγοντες:

 

1. Ανάγκες ψύξης:Προσδιορίστε τις απαιτήσεις ψύξης του εξοπλισμού ή του συστήματός σας. Διαφορετικές εφαρμογές και συσκευές έχουν διαφορετικές απαιτήσεις ψύξης, όπως υπολογιστές υψηλής απόδοσης, κέντρα δεδομένων ή υπολογιστές παιχνιδιών, που μπορεί να χρειάζονται ισχυρότερες δυνατότητες ψύξης.
2. Τύπος τεχνολογίας:Κατανοήστε τους διαφορετικούς τύπους τεχνολογιών υγρής ψύξης, όπως τύπους ψυχρής πλάκας, εμβάπτισης και ψεκασμού. Κάθε τεχνολογία έχει τα χαρακτηριστικά της και τους τομείς εφαρμογής της, που απαιτούν προσεκτική επιλογή με βάση συγκεκριμένες ανάγκες.
3. Κόστος:Η τεχνολογία υγρής ψύξης γενικά συνεπάγεται υψηλότερο κόστος, συμπεριλαμβανομένου του κόστους εξοπλισμού, εγκατάστασης και συντήρησης. Επιλέξτε μια τεχνολογία που ταιριάζει στον προϋπολογισμό σας.
4. Απαιτήσεις χώρου:Τα συστήματα υγρής ψύξης συχνά απαιτούν κάποιο χώρο για εγκατάσταση και λειτουργία. Λάβετε υπόψη το μέγεθος και τους περιορισμούς χώρου του εξοπλισμού σας.
5. Αξιοπιστία και συντήρηση:Επιλέξτε αξιόπιστη τεχνολογία υγρής ψύξης και προμηθευτές για να διασφαλίσετε τη σταθερότητα και την αξιοπιστία του συστήματος. Κατανοήστε τις απαιτήσεις συντήρησης του συστήματος για τη διευκόλυνση της καθημερινής συντήρησης και αντιμετώπισης προβλημάτων.
6. Αρμονία:Βεβαιωθείτε ότι η τεχνολογία υγρής ψύξης είναι συμβατή με τον εξοπλισμό και τα εξαρτήματά σας χωρίς να προκαλείται ζημιά σε άλλα εξαρτήματα.
7. Απόδοση και αποτελεσματικότητα:Συγκρίνετε την απόδοση και την απόδοση ψύξης διαφορετικών τεχνολογιών υγρής ψύξης και επιλέξτε αυτή που καλύπτει τις ανάγκες σας.
8. Ζητήματα περιβάλλοντος και ασφάλειας:Λάβετε υπόψη τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και την ασφάλεια της τεχνολογίας υγρής ψύξης, επιλέγοντας φιλικά προς το περιβάλλον, μη τοξικά και μη εύφλεκτα ψυκτικά.
9. Τεχνική Υποστήριξη και Υπηρεσίες:Επιλέξτε έναν προμηθευτή που προσφέρει καλή τεχνική υποστήριξη και εξυπηρέτηση μετά την πώληση για την άμεση αντιμετώπιση προβλημάτων.

 

Λαμβάνοντας υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες, μπορείτε να επιλέξετε την καταλληλότερη τεχνολογία υγρής ψύξης για τις ανάγκες σας. Πριν λάβετε μια απόφαση, συνιστάται να συμβουλευτείτε επαγγελματίες προμηθευτές τεχνολογίας υγρής ψύξης για πιο λεπτομερείς πληροφορίες και συστάσεις.

 

Καθώς η τεχνολογία προχωρά, η τεχνολογία υγρής ψύξης θα γίνεται πιο ώριμη και διαδεδομένη, με τις εφαρμογές να επεκτείνονται συνεχώς. Στο μέλλον, η υγρή ψύξη μπορεί να ενσωματωθεί με AI και IoT, οδηγώντας σε πιο έξυπνη διαχείριση θερμότητας. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας υγρής ψύξης θα φέρει περισσότερες ευκαιρίες και προκλήσεις σε διάφορους κλάδους, που απαιτούν συνεχή καινοτομία και εξερεύνηση.