מחקר על תעשיית קירור נוזלי לשרתים

 

IDC היא תעשיית צריכת אנרגיה גבוהה טיפוסית ומתמודדת עם אילוצי מדיניות צריכת אנרגיה. אזורים מפותחים הציגו מדיניות הגבלת צריכת אנרגיה, וצריכת האנרגיה של IDC מתרכזת בעיקר בקירור. צריכת החשמל התרמית של שרתי AI היא יותר מפי חמישה מזו של שרתים רגילים, מה שמצריך קירור נוזלי יעיל יותר כדי להשיג קירור ולהפחית את רמות ה-PUE.

 

מונע על ידי Nvidia ומפעילים מקומיים, קצב החדירה של קירור נוזלים (צלחת קרה) בשרתים יעלה על 10% בשנת 2024, ונכנס לשלב צמיחה מהיר. צפוי כי שיעור חדירת קירור הנוזל המקומי יגיע ל-30% עד 2028, עם גודל שוק של למעלה מ-20 מיליארד יואן.

 

הרכיבים היקרים ביותר במערכת קירור נוזלי הם לוחות הקירור הנוזליים והצינורות. ההערכה היא כי השוק המקומי יעמוד על כ-10 מיליארד RMB עד שנת 2028. מאחר והחסמים הטכניים של המוצר אינם גבוהים, לחברות שייכנסו מוקדם לשוק ויבססו שותפויות עם יצרני שבבי ליבה ושרתים יהיו יתרונות משמעותיים.

 

לחברות בשרשרת האספקה ​​של Nvidia ו-Huawei יהיו הזדמנויות השקעה טובות יותר, עם תשומת לב מיוחדת ל-Inovance Technology, Gaolan Co., Ltd., Jingyan Technology ו-Siquan New Materials.

 

 

I שרתי AI/IDCs דורשים מערכות קירור נוזלי

 

1) צריכת חשמל גבוהה של שרתי AI דורשת קירור נוזלי

שרת מעבד סטנדרטי עם ממדים של 4U (737 מ"מ × 437 מ"מ × 178 מ"מ) צורך בדרך כלל כ-800W של חשמל, עם תפוקת חום של כ-200W, המקביל לתפוקת חום של 50W/U ליחידת שטח. לעומת זאת, לשרת בינה מלאכותית המצויד ב-8 שבבי GPU באותו גודל יש צריכת חשמל כוללת של כ-5KW ותפוקת חום של בסביבות 1000W, המקביל ל-250W/U של תפוקת חום ליחידת שטח, שזה בערך פי ארבעה מזה של שרת רגיל. פיזור ההספק המרבי של שרת מקורר אוויר 4U טיפוסי הוא 600W, הרבה מתחת לדרישות פיזור החום של 1000W של שרת בינה מלאכותית, מה שהופך את קירור הנוזל להכרחי.

 

▲ צורכי פיזור החום של שרת AI גבוהים פי 5 בערך משרתים רגילים

 

2) שרתי AI IDC חייבים להשתמש במערכות קירור נוזלי

כדי לשמור על טמפרטורת חדר השרת בין 20-25 מעלות, שרת כללי IDC המשתמש בקירור אוויר יכול להשיג PUE מינימלי של 1.3, בקושי עומד בדרישות המדיניות. עם זאת, שרת AI IDC המשתמש בקירור אוויר יכול להשיג רק PUE של 1.6. לכן, רק באמצעות מערכת קירור נוזלית ניתן לשמור את ה-PUE של חדר השרתים מתחת ל-1.3 הנדרש.

 

▲ השוואה בין פתרונות קירור שונים

 

על פי המידע העדכני ביותר של שרשרת התעשייה, Nvidia תאמץ באופן מלא קירור נוזלי החל מה-B100 ותשיק בשנת 2024 פתרון קירור נוזלי בהתאמה אישית מלאה, שיאיץ משמעותית את הפיתוח של שרתים מקוררים בנוזלים.

 

 

II צלחות קירור נוזלי/צינורות קירור נוזלים

 

1) אופטימיזציה של ניהול תרמי עם לוחות קירור נוזליים

לוחות קירור נוזלי מעבירים את החום ממרכיבים המייצרים חום בעקיפין לנוזל הקירור המסתובב בתוך מערכת לולאה סגורה דרך הפלטה הקרה, אשר עשויה בדרך כלל ממתכות מוליכות תרמית כמו נחושת או אלומיניום. לאחר מכן נוזל הקירור מעביר את החום. קיימות ארבע דרישות טכניות מרכזיות לאיכות לוחות קירור נוזלי: ראשית, קיבולת קירור גבוהה; שנית, אמינות גבוהה כדי להבטיח את האיטום של הצלחת הקרה; שלישית, עיצוב פיזור חום מדויק כדי למנוע הבדלי טמפרטורה גדולים בתוך המערכת; ורביעית, בקרה קפדנית על משקל הפלטה הקרה כדי למנוע ממערכת הקירור להפחית משמעותית את צפיפות האנרגיה של המערכת הכוללת.

 

לוחות קירור נוזלים מיוצרים בתהליכי עיבוד שבבי, המאפשרים לעצב את מידות התעלות הפנימיות והנתיבים בחופשיות. זה הופך אותם למתאימים למוצרי ניהול תרמי עם צפיפות הספק גבוהה, פריסות מקור חום לא סדירות ומגבלות מקום. הם מיושמים בעיקר בתכנון מוצרי קירור לממירי כוח רוח, ממירי פוטו-וולטאיים, IGBTs, בקרי מנוע, לייזרים, ספקי כוח לאחסון אנרגיה, שרתי מחשוב-על ותחומים אחרים, אך פחות נפוץ במערכות סוללות חשמל.

2) קירור נוזלי של לוחות קר הוא הפתרון המרכזי

 

 

▲ פתרונות קירור נוזלי טבילה וצלחות קרה

 

ישנם שני פתרונות קירור נוזליים עיקריים: פלטה קרה וטבילה. פתרון הפלטה הקרה משתמש בצלחת קירור נוזלית חלולה המחוברת למשטחי המעבד וה-GPU. החום נישא על ידי נוזל הקירור הזורם פנימה, ומפחית את ה-PUE של ה-IDC ל-1.2. תמיסת הטבילה מטביעה ישירות את כל השרת בנוזל קירור מבודד מיוחד, ומסירת חום דרך מחזור הנוזל. שיטה זו יכולה להשיג PUE של פחות מ-1.1 והיא משמשת בעיקר עבור מחשבי-על עם צפיפות הספק גבוהה במיוחד. צפוי שקירור נוזלי פלטה קרה יהפוך לפתרון הקירור הנוזלי המרכזי בעתיד, ויהווה יותר מ-90% מהשימוש במערכת הקירור הנוזלית.

 

3) לוחות קירור נוזלים וצינורות קירור נוזלים

 

 

▲ סכימה של מערכת קירור נוזלי לוחית קרה

 

מערכת קירור נוזלי פלטה קרה מורכבת משלושה חלקים עיקריים: מערכת הולכת החום הפנימית של מארז השרת (צלחות קירור נוזלים וצינורות), מערכת המחזור החיצונית של השלדה (משאבות, שסתומים, צינורות) ומערכת חילופי החום החיצונית. של חדר השרתים (מגדלי קירור וכו'). בין אלה, מערכת חילופי החום ומגדלי הקירור נחשבים לציוד אלקטרומכני נפוץ ובעלי ערך נמוך. לכן, הערך של מערכת הקירור הנוזלי מתרכז בעיקר בפלטות הקירור הנוזליות ובצינורות שבתוך השלדה.