Как работает жидкое охлаждение в центрах обработки данных ИИ?

Серверы ИИ меняют представление центров обработки данных о тепле.

По мере того, как GPU и ускорительные системы становятся более мощными, больше тепла концентрируется внутри одного и того же следа стойки. Традиционное воздушное охлаждение все еще может обрабатывать многие рабочие нагрузки, но инфраструктура ИИ с высокой плотностью все чаще требует более прямого способа отвода тепла от электроники.

Жидкое охлаждение решает эту проблему, используя циркулирующий охлаждающий агент для сбора тепла вблизи источника и транспортировки его через специальную петлю охлаждения.

На базовом уровне процесс прост:

Инженерная задача заключается в том, чтобы каждая часть этого цикла надежно работала вместе.

Для гибкой соединительной части системы жидкий охлаждающий шланг представляет собой небольшой компонент с очень важной работой. Он должен нести охлаждающую жидкость при работе с давлением, изменениями температуры, жесткой маршрутизацией, вибрацией и повторным обслуживанием.

1.Что такое жидкое охлаждение в центре обработки данных ИИ?

Жидкое охлаждение - это метод управления температурой, который использует жидкую охлаждающую жидкость для транспортировки тепла от электронного оборудования.

В сервере ИИ основными источниками тепла часто являются графические процессоры, процессоры или другие высокопроизводительные ускорители.

Вместо того, чтобы передавать большую часть этого тепла в окружающий воздух, жидкостная система охлаждения помещает охлаждающий интерфейс рядом с теплогенерирующим компонентом.

При прямом охлаждении этот интерфейс обычно представляет собой холодную пластину.

Охладитель протекает через холодную пластину, поглощает тепло, а затем покидает сервер через обратную сторону цепи охлаждения.

2.Почему жидкое охлаждение важно для серверов ИИ?

Основной причиной является плотность тепла.

Вычислительные системы ИИ могут размещать значительные возможности обработки в относительно небольшом физическом пространстве. Это создает тепловую проблему, которая отличается от простого охлаждения обычного сервера.

По мере увеличения мощности стойки система охлаждения должна удалять больше тепла, не позволяя температурам компонентов выходить за пределы предполагаемого рабочего диапазона.

Жидкость привлекательна, потому что охлаждающие жидкости на водной основе могут транспортировать значительно больше тепла на единицу объема, чем воздух.

Это означает, что система охлаждения может перемещать большое количество тепловой энергии через относительно компактные пути жидкости.

3. Основная петля охлаждения от прямого к чипу

Упрощенная система жидкостного охлаждения с прямой на кристалл может быть представлена следующим образом:

Точная архитектура варьируется от одного центра обработки данных к другому, но принцип остается тем же: охлаждающая жидкость циркулирует по тепловому пути и уносит тепло от вычислительного оборудования.

4.Что делает ХДС?

ХДС выступает за Распределительный блок охлаждения.

ХДС является важным интерфейсом между инфраструктурой охлаждения объекта и технологической петлей охлаждения.

В зависимости от архитектуры системы ХДС может обеспечивать такие функции, как:

• Охлаждающая циркуляция
• Управление температурой
• Управление давлением
• Распределение потоков
• Тепловой обмен
• Системный мониторинг

В некоторых установках вода объекта и охлаждающая жидкость на стороне ИТ хранятся в отдельных цепях. ХДС обеспечивает тепловой интерфейс между этими цепями.

Эта компоновка дает ИТ-охлаждению контролируемую среду, соответствующую требованиям серверов.

5 Что делает холодная плита?

Холодная пластина расположена непосредственно или очень близко к теплогенерирующей составляющей.

Для охлаждения GPU холодная пластина предназначена для приема тепловой энергии от GPU и передачи ее в охлаждающую жидкость, протекающую по ее внутренним каналам.

Таким образом, холодная пластина представляет собой точку, где тепло входит в контур охлаждения жидкости.

Его производительность зависит от его внутренней конструкции, потока охлаждающей жидкости, теплового интерфейса и условий эксплуатации.

6.Где находится жидкостный охлаждающий шланг?

Шланг соединяет различные части цепи охлаждения.

В зависимости от архитектуры, шланги могут использоваться между:

• ХДС и многообразие
• Manifold и сервер
• Сервер и холодная пластина
• Холодная пластина и обратный коллектор

Это делает шланг гибким звеном между другими жесткими компонентами.

В плотной стойке ИИ эта гибкость может быть ценной, потому что доступное пространство маршрутизации ограничено.

7 Почему важна гибкая маршрутизация

Внутри стойки сервера ИИ компоненты охлаждения разделяют пространство с электрической и механической инфраструктурой.

Шланг может понадобиться для обхода:

• GPU лотки
• Холодные пластины
• многообразие
• Структуры грабли
• Силовые компоненты
• Электрические кабели
• Другие охлаждающие линии

Поэтому шланг должен быть достаточно гибким для установки, оставаясь в пределах заданного минимального радиуса изгиба.

Хорошая маршрутизация - это не просто изгиб шланга.

Речь идет о поддержании намеченного пути потока без создания ненужного механического напряжения.

8.Что происходит внутри жидкого охлаждающего шланга?

Укрепленный жидкий охлаждающий шланг может содержать несколько функциональных слоев.

Внутренняя трубка контактирует с охлаждающей жидкостью.

Усиление обеспечивает механическую поддержку и может увеличить способность давления.

Внешний слой защищает шланг от окружающей среды.

Фактическая конструкция зависит от конструкции шланга и предполагаемого применения.

9.Почему хозяин имеет значение?

Материал внутреннего шланга находится в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью в течение длительных периодов времени.

Поэтому при выборе материала следует учитывать фактическую формулу охлаждающей жидкости, а не полагаться только на общее описание, такое как «водная охлаждающая жидкость».

Общие гибкие шланговые материалы, рассматриваемые для жидкостного охлаждения, включают:

• EPDM
• силиконовый
• PTFE и другие фторполимеры
• Другие специфические для применения эластомеры

EPDM может быть практичным вариантом для многих приложений охлаждения на водной основе, где важна гибкость и механическая долговечность.

Силикон можно рассматривать в тех случаях, когда гибкость и температура являются ключевыми требованиями.

Фторполимерные шланги могут быть рассмотрены там, где требования химической совместимости или специфической чистоты более требовательны.

10 Как охладитель переносит тепло?

Принцип прост: охлаждающая жидкость поступает в холодную пластину, поглощает тепло и уходит при более высокой температуре.

Связь можно описать с помощью основного уравнения теплопередачи:

Q = m × Cp × ΔT

где:

• Q = тепло удаляется
• ṁ = расход массы охлаждающей жидкости
• Ср. = удельная теплоемкость теплоносителя
• ΔT = Повышение температуры охлаждающей жидкости

Вот почему скорость потока и свойства охлаждающей жидкости являются центральными для проектирования жидкостного охлаждения.

Фактический расчет системы должен использовать свойства выбранной охлаждающей жидкости и тепловые требования оборудования.

11. Почему важен охлаждающий поток?

Недостаточный поток может ограничить количество тепла, которое охлаждающая жидкость может унести для заданного повышения температуры.

Однако увеличение потока не является бесплатным.

Более высокий поток может увеличить гидравлическое сопротивление и требования к насосу.

Поэтому система охлаждения нуждается в соответствующем балансе между:

• Удаление тепла
• Повышение температуры охлаждающего вещества
• Скорость потока
• Падение давления
• Насосная мощность

Это одна из причин, по которой выбор шланга для охлаждения жидкости должен рассматриваться как часть полной гидравлической системы.

12.Как диаметр шланга влияет на охлаждение?

Внутренний диаметр шланга напрямую влияет на прохождение потока.

Для заданной скорости потока уменьшение внутреннего диаметра обычно увеличивает скорость жидкости и гидравлическое сопротивление.

Поэтому выбор шланга - это не просто вопрос соответствия наружного диаметра доступной фитингу.

Внутренний диаметр следует учитывать из гидравлических требований системы.

13.Что такое падение давления?

Падение давления - это давление, которое теряется, когда охлаждающая жидкость проходит через компонент.

В контуре жидкого охлаждения потеря давления может происходить от:

• Хозяева
• фитинги
• UQD
• многообразие
• Холодные пластины
• Клапаны и другие ограничения

Насос должен обеспечивать достаточное давление для поддержания необходимого потока через всю цепь.

По этой причине данные о падении давления в шланге более полезны, когда они предоставляются вместе с определенной скоростью потока и состоянием испытания.

14 Что такое UQD в жидком охлаждении?

UQD относится к Универсальное быстрое отключение используется для упрощения соединения и отключения линий жидкостного охлаждения.

UQD могут быть полезны при обслуживании или замене серверов, холодных пластин или других компонентов охлаждения.

Типичная связь может быть представлена как:

Таким образом, UQD является как механическим соединением, так и частью пути потока охлаждающей жидкости.

15.Влияет ли UQD на эффективность охлаждения жидкости?

Да.

Внутренняя геометрия UQD может создавать гидравлическое сопротивление.

При выборе UQD инженерам может потребоваться учитывать:

• Вместимость потока
• Падение давления
• Рабочее давление
• Диапазон температур
• Охлаждающая совместимость
• Утечка производительности
• Циклы соединения
• Доступное пространство для установки

Поэтому UQD следует рассматривать как часть гидравлической конструкции, а не просто как разъем, который подходит для шланга.

16. Побочная и обратная стороны

Система жидкостного охлаждения обычно содержит путь подачи и обратный путь.

Сторона подачи поставляет относительно более холодную охлаждающую жидкость к источнику тепла.

Обратная сторона несет более теплую охлаждающую жидкость от холодной пластины.

Обе стороны важны для производительности системы.

Обратный шланг не следует рассматривать как вторичный компонент просто потому, что охлаждающая жидкость уже переносит тепло.

17 Почему важна длина носовой части?

Более длинные шланги обычно создают большее сопротивление трению.

Однако, делая шланг излишне коротким, можно создать нагрузку на установку.

Практическая длина шланга должна обеспечивать достаточную надбавку для:

• Требуемый радиус поворота
• Движение оборудования
• Установка допуска
• Доступ к обслуживанию
• Выравнивание соединения

Цель — не самый короткий шланг.

Целью является правильно маршрутизированный шланг с соответствующей длиной.

18 Почему важен минимальный радиус изгиба?

Чрезмерное изгибание может деформировать шланг и потенциально ограничить поток охлаждающей жидкости.

Он также может поместить дополнительное механическое напряжение вблизи фитинга или UQD.

Таким образом, в плотной стойке ИИ минимальный радиус изгиба должен рассматриваться как реальный параметр установки, а не значение, которое существует только на листе данных.

Во время проектирования системы инженеры должны учитывать фактическую трехмерную маршрутизацию шланга.

19.А как же изменения температуры?

Жидкие системы охлаждения не обязательно работают при одной фиксированной температуре.

Температура может меняться при:

• Рабочая нагрузка
• Охлаждающий поток
• Условия объекта
• Запуск системы и отключение
• Циклы технического обслуживания

Материал шланга, арматуры, фитинги и уплотнения должны быть пригодны для ожидаемого диапазона рабочих температур.

Для долгосрочных применений, температурный цикл также может быть актуальным.

20.Утечка - системное требование

Одним из очевидных различий между воздушным охлаждением и жидкостным охлаждением является наличие циркулирующей жидкости внутри инфраструктуры оборудования.

Цель проста:

Держите охлаждающую жидкость внутри спроектированного пути потока.

Потенциальные точки утечки включают:

• Тело Хосе
• Слабая связь
• приспособление
• UQD интерфейс
• Холодная пластина
• Многообразная связь

Вот почему полный сбор шланга должен быть рассмотрен во время проверки.

21.Почему строительство хозяев имеет значение?

Два шланга, изготовленные из аналогичных базовых материалов, могут вести себя по-разному, потому что их конструкции отличаются.

Строительство может повлиять:

• Рабочее давление
• гибкость
• радиус изгиба
• Механическая долговечность
• Размерная стабильность
• Температурные характеристики

Для систем жидкостного охлаждения под давлением армирование может быть особенно важным.

Правильная конструкция зависит от применения, а не просто от названия эластомера.

22.Почему установка космической материи?

Серверные стойки AI являются сильно ограниченными средами.

Шланг может соответствовать требованиям по давлению и температуре и по-прежнему трудно устанавливать, если его внешний диаметр, длина или радиус изгиба не подходят.

Инженеры должны проверить:

• Дыра наружного диаметра
• Минимальный радиус изгиба
• Размеры крепления
• UQD размеры
• Ориентация на соединение
• Разрешение
• Доступ к обслуживанию

В плотно упакованной стойке геометрия установки может быть столь же важна, как и номинальные спецификации шланга.

23.Как ремонт влияет на конструкцию шланга?

Серверы ИИ не являются постоянно недоступными компонентами.

Серверы, графические процессоры и компоненты охлаждения могут нуждаться в обслуживании или замене.

Во время технического обслуживания шланг может испытывать движение, которое не происходит во время нормальной работы.

Это делает важными следующие факторы:

• гибкость
• радиус изгиба
• Надежность соединения
• Циклы подключения UQD
• Длина шланга
• Механическая защита

Поэтому охлаждающий шланг должен оцениваться не только для стационарной работы, но и для условий обслуживания, которые он должен испытывать.

24.Жидкое охлаждение - это система, а не один компонент

Эффективность охлаждения сервера ИИ зависит от взаимодействия между несколькими компонентами.

Оптимизация одного компонента без учета других может привести к неполному решению.

25 Что происходит, когда рукава невелика?

Негабаритный шланг может увеличить скорость охлаждающей жидкости и потерю давления.

В зависимости от системы это может увеличить требования к насосу или уменьшить поток, доступный для холодной пластины.

В масштабе стойки эти эффекты могут стать более важными, потому что несколько ветвей охлаждения могут работать одновременно.

Таким образом, идентификатор шланга должен выбираться из требуемого расхода и бюджета сброса давления в системе.

26.Что происходит, когда петля слишком большая?

Большие не автоматически лучше.

Неоправданно большой шланг может увеличиваться:

• Пространство для установки
• Вес шланга
• радиус изгиба
• Потребление материалов
• Размеры соединений
• Общая стоимость системы

Соответствующий размер шланга соответствует гидравлическим и механическим требованиям, не создавая ненужных проблем с установкой.

27 Как должна быть проверена жидкая охлаждающая шланг?

Для требовательных приложений валидация должна учитывать готовую сборку шланга.

В зависимости от проекта, соответствующие тесты могут включать:

• Испытание на давление Проверить целостность давления.
• Тестирование утечек - Проверить эффективность герметизации.
• Тестирование потока Подтвердить гидравлические характеристики.
• Испытание на падение давления Измерять гидравлическое сопротивление при определенных условиях потока.
• Тестирование температуры Оценка производительности по всему операционному диапазону.
• Тестирование гибкости Подтвердить пригодность для требуемой маршрутизации.
• Тестирование циклов Оценить повторное соединение или перемещение, где это необходимо.

Требуемая программа тестирования должна быть определена в соответствии с фактическим применением.

28. Типичная архитектура жидкостного охлаждения ИИ

Эта архитектура иллюстрирует, почему шланг становится важной частью общей инфраструктуры по мере увеличения количества ветвей охлаждения.

29 Почему надежность хозяина важна по шкале Рэка

Один цикл охлаждения может содержать несколько сборок шлангов.

Стойка может содержать множество серверов.

Центр обработки данных может содержать много стоек.

В результате получается большое количество индивидуальных шлангов и точек подключения.

Поэтому важна последовательность.

Практический раствор жидкого охлаждающего шланга должен быть пригодным для повторного изготовления, установки и обслуживания.

30 Где CJAN вписывается в систему жидкостного охлаждения?

CJAN фокусируется на гибкой части шланга систем жидкостного охлаждения.

Текущий портфель жидкостного охлаждения включает:

• LCH
• LCH-SD
• LCH-SDS

Эти продукты могут быть оценены для различных применений жидкостного охлаждения в соответствии с фактическими системными требованиями.

Соответствующий отбор должен учитывать:

• охладитель
• Скорость потока
• Рабочее давление
• температура
• Идентификатор Хосе
• радиус изгиба
• Конфигурация соединения
• Среда установки

Поэтому портфолио жидкостных шлангов CJAN лучше понимать как часть инженерного решения на системном уровне, а не как группу автономных шлангов.

31. LCH, LCH-SD и LCH-SDS в приложениях жидкостного охлаждения

Окончательный выбор продукта всегда должен быть подтвержден в соответствии с последними спецификациями продукта CJAN и фактическими условиями работы клиента.

32.Что должен предоставить инженер при выборе шланга?

Полезный запрос жидкостного охлаждающего шланга должен включать следующую информацию:

Предоставление этих параметров позволяет поставщику шлангов сделать более содержательную техническую рекомендацию.

33. Последовательность проектирования жидкостного охлаждения

Полезной инженерной последовательностью является:

Этот процесс соединяет тепловые требования с механическими требованиями шланга.

34. Хозяйка маленькая, но требования нет

Жидкий охлаждающий шланг может показаться относительно простым компонентом по сравнению с GPU, холодной пластиной или CDU.

Но он работает на пересечении нескольких инженерных требований.

Он должен надежно транспортировать охлаждающую жидкость при установке в жестко ограниченную механическую среду.

Он также должен работать с фитингами, UQD, коллекционерами и холодными пластинами вокруг него.

Это делает выбор шланга системным инженерным решением, а не просто решением о покупке.

35. Ключевой вывод

Жидкое охлаждение центра обработки данных AI работает путем создания контролируемого пути для охлаждающей жидкости для сбора тепла от мощных вычислительных компонентов и транспортировки этого тепла от сервера.

Основным процессом является:

В этой петле шланг жидкого охлаждения обеспечивает гибкое соединение между компонентами системы.

Его производительность зависит от большего, чем только материал шланга.

Скорость потока, внутренний диаметр, падение давления, температура, совместимость с охлаждающей жидкостью, радиус изгиба, усиление, фитинги и UQD должны рассматриваться вместе.

Наиболее надежная конструкция жидкостного охлаждения построена не вокруг одного «лучшего» компонента, а вокруг совместимости всей петли охлаждения.

Для центров обработки данных ИИ этот системный подход обеспечивает практическую основу для проектирования надежной инфраструктуры жидкостного охлаждения.

Заключение

Жидкое охлаждение становится все более актуальным, поскольку вычисления ИИ повышают тепловые требования на уровне стойки.

Основная концепция проста: переместить тепло в жидкость и транспортировать его.

Реализация более подробная.

ХДС управляют циклом охлаждения. Холодные пластины собирают тепло от процессоров. Коллекторы распределяют охлаждающую жидкость. UQD обеспечивают исправные соединения. Жидкие охлаждающие шланги соединяют эти компоненты и позволяют системе вписываться в физические ограничения серверной стойки.

По этой причине конструкция жидкостного охлаждающего шланга должна рассматриваться как с гидравлической, так и с механической точки зрения.

Семейства жидких охлаждающих шлангов CJAN LCH, LCH-SD и LCH-SDS могут быть оценены в соответствии с требованиями к охлаждающей жидкости, потоку, давлению, температуре, маршрутизации и соединению приложения.

Для охлаждения центра обработки данных ИИ правильный шланг не просто подходит. Это тот, который подходит для системы охлаждения.