Стремительное развитие искусственного интеллекта меняет проектные требования дата-центров.

Традиционные центры обработки данных были в основном спроектированы вокруг управления воздушным потоком.Серверы генерировали тепло, охлаждающие устройства поставляли холодный воздух, а тепло удалялось через циркуляцию.

Однако увеличение энергопотребления процессоров ИИ создало новую проблему.

Современные серверы на базе GPU могут генерировать значительно более высокие тепловые нагрузки, чем системы предыдущего поколения.В кластерах ИИ высокой плотности простое увеличение воздушного потока больше не является эффективным или практичным решением.

Именно поэтому жидкостное охлаждение стало одной из важнейших технологий, поддерживающих вычислительную инфраструктуру следующего поколения.

Полная система жидкостного охлаждения - это не просто охлаждающее устройство. Это интегрированная архитектура управления теплом, состоящая из:

• Единицы распределения охлаждения (CDU)
• Насосы
• теплообменники
• многообразие
• Холодные пластины
• Жидкие охлаждающие шланги
• Системы мониторинга охлаждения

Каждый компонент работает вместе для непрерывной передачи тепла от высокопроизводительных процессоров.

Почему охлаждение воздуха становится проблемой для серверов ИИ

Воздух традиционно является основной охлаждающей средой в центрах обработки данных, потому что он прост, надежен и прост в обслуживании.

Однако воздух имеет ограничения.

Возможность теплопередачи воздуха намного ниже по сравнению с жидкостью.По мере увеличения мощности процессора требуются большие объемы воздушного потока и более мощное охлаждающее оборудование.

Это создает несколько проблем:

Более высокое потребление энергии

Большие вентиляторы и системы кондиционирования воздуха потребляют значительную мощность.

Ограниченная плотность Rack

Высокомощные системы GPU требуют большей охлаждающей способности на стойку.

Повышение инфраструктурной сложности

Больше оборудования для управления воздушным потоком означает более высокую операционную сложность.

Жидкое охлаждение устраняет эти ограничения, приближая охлаждающую жидкость непосредственно к источнику тепла.

Как работает система жидкого охлаждения

Типичная система жидкостного охлаждения центра обработки данных AI следует этому процессу:

Поколение тепла

GPU / CPU



↓



Холодная плита



↓



Жидкий охлаждающий шланг



↓



многообразный



↓



ХДС



↓



Теплообменник



↓



Система охлаждения объекта

Охладитель поглощает тепло от процессоров через холодные пластины и передает это тепло через жидкую петлю.

Процесс является непрерывным:

1. Охладитель входит в цикл охлаждения сервера.
2. Холодные пластины поглощают тепло от GPU и CPU.
3. Нагретая охлаждающая жидкость возвращается в ХДС.
4. ХДС удаляет тепло через теплообменник.
5. Охлажденная жидкость возвращается на серверы.

Ключевые компоненты системы охлаждения жидкостей AI

1. Холодная плита

Холодная пластина является компонентом, непосредственно присоединенным к теплогенерирующим процессорам.

Его основная функция:

• Улавливание тепла с поверхностей GPU/CPU
• Передача тепла в охлаждающую жидкость
• Поддерживать стабильную рабочую температуру

Производительность холодильных плит напрямую влияет на эффективность охлаждения.

2. Распределительный блок охлаждения (ХДС)

ХДС является центром управления системой жидкостного охлаждения.

Он управляет:

• Охлаждающая циркуляция
• Контроль температуры
• Регулирование потока
• Мониторинг давления
• Тепловой обмен

В крупных центрах обработки данных ИИ CDU помогают изолировать петлю охлаждения сервера от системы водоснабжения объекта.

Это улучшает управление системой и надежность.

3. Жидкие охлаждающие шланги

Хотя шланги являются меньшими компонентами по сравнению с ХДС или холодными пластинами, они выполняют критическую функцию.

Они обеспечивают гибкие связи между:

• ХДС и многообразие
• Manifold и серверная стойка
• Реактивные компоненты и холодные пластины

Надежный охлаждающий шланг должен поддерживать:

• Стабильный поток охлаждающей жидкости
• Низкий риск утечки
• Долгосрочная химическая совместимость
• Механическая гибкость

В практическом применении отказ шланга может прервать весь цикл охлаждения.

4. Охладитель

Выбор охлаждающей жидкости зависит от конструкции системы.

Общие охлаждающие жидкости включают:

Водно-гликольные смеси

Широко используется из-за:

• Хорошие тепловые характеристики
• Защита от замерзания
• Совместимость со многими системами охлаждения

Деионизированная вода

Используется, когда требуется высокая тепловая эффективность.

Специальные жидкости

Используется для конкретных тепловых или электрических требований.

Охладитель и шланг всегда должны оцениваться вместе.

Архитектура жидкого охлаждения, используемая в центрах обработки данных

Прямое охлаждение жидкостей

В настоящее время это наиболее распространенный подход для серверов ИИ.

Охладитель непосредственно удаляет тепло от процессоров через холодные пластины.

Преимущества:

• Высокая эффективность охлаждения
• Поддерживает высокую плотность стойки
• Совместимость с существующими серверами

Теплообменник задней двери

Охлаждающий блок, установленный в задней части серверной стойки.

Преимущества:

• Легче модернизировать
• Меньше изменений в серверах

Ограничения:

• Более низкая охлаждающая способность по сравнению с прямым жидкостным охлаждением

Охлаждение погружения

Серверы погружены в диэлектрическую жидкость.

Преимущества:

• Чрезвычайно высокая способность охлаждения

Вызовы:

• Более высокая сложность обслуживания
• Различные аппаратные требования

Для основных центров обработки данных ИИ прямое жидкостное охлаждение остается наиболее широко распространенным подходом.

Почему дизайн шлангов имеет значение для жидких систем охлаждения

Система жидкостного охлаждения может содержать сотни или тысячи точек соединения.

Каждая сборка шлангов становится частью цепочки надежности.

Важные факторы дизайна шлангов включают:

Выбор материала

Различные приложения требуют разных материалов.

Примеры:

• EPDM для контуров охлаждения на основе гликоля
• Кремний для высоких требований к гибкости
• Фторполимерные решения для сложных химических сред

Бен Радиус

Плохая маршрутизация шланга может создать:

• Чрезмерный стресс
• Сокращение потока
• Неисправность соединения

Гибкие конструкции шлангов помогают упростить установку.

Долгосрочная надежность

Центры обработки данных AI предназначены для непрерывной работы.

Компонент охлаждения должен надежно работать в течение многих лет, а не только во время первоначального тестирования.

Заключение

Жидкое охлаждение стало фундаментальной технологией для поддержки инфраструктуры ИИ следующего поколения.

Успешная система жидкостного охлаждения зависит от взаимодействия каждого компонента:

• Холодные пластины снимают тепло процессора
• ХДС управляют циркуляцией охлаждающей жидкости
• Хлопья обеспечивают надежные соединения жидкости
• Охладители передают тепловую энергию

Хотя охлаждающие шланги представляют собой небольшую часть общей системы, они напрямую влияют на надежность, требования к техническому обслуживанию и стабильность работы.

По мере увеличения плотности мощности серверов ИИ выбор надежных компонентов жидкостного охлаждения будет становиться все более важным для разработчиков и операторов центров обработки данных.

Для инженеров, разрабатывающих инфраструктуру охлаждения ИИ, понимание полной архитектуры системы жидкостного охлаждения является первым шагом к созданию эффективных и надежных объектов.