Решения для управления температурным режимом центров обработки данных

1. Вычислительная мощность ИИ меняет инфраструктуру центров обработки данных.

В эпоху цифровой экономики вычислительная мощность стала ключевым фактором производительности, уступая по значимости тепловой и электрической энергии. Благодаря быстрому развитию искусственного интеллекта, облачных вычислений и высокопроизводительных вычислений (HPC), центры обработки данных превращаются в основу таких отраслей, как транспорт, финансы, производство, здравоохранение, телекоммуникации, энергетика и научные исследования.

Согласно прогнозам IDC и CAICT, к 2030 году глобальная вычислительная мощность ИИ, как ожидается, превысит 16 Зфлопс, при этом на интеллектуальные вычисления, основанные на ИИ, будет приходиться более 90% от общего спроса на вычислительные ресурсы. Прогнозируется, что с 2023 по 2030 год глобальный рынок ИИ будет расти со среднегодовым темпом роста, превышающим 35%, а его объем превысит 11 триллионов долларов США.

Поскольку искусственный интеллект становится ключевой движущей силой рынка, стремительный рост удельной мощности чипов коренным образом меняет требования к тепловому регулированию центров обработки данных.

2. Рост удельной мощности чипов искусственного интеллекта создает серьезные проблемы с теплоотводом.

Современные чипы для искусственного интеллекта, включая графические процессоры, ASIC-чипы и высокопроизводительные ускорители, выводят расчетную тепловую мощность (TDP) на беспрецедентный уровень:

• Высокопроизводительные графические процессоры для обучения ИИ теперь потребляют более 700–1400 Вт, а продукты следующего поколения приближаются к 2000 Вт и выше.

• ASIC-ускорители и платформы на базе FPGA продолжают наращивать плотность энергопотребления для максимизации производительности на одну стойку.

• Размещение серверов с высокой плотностью значительно снижает доступный запас по воздушному потоку и теплоотводу.

В таких условиях традиционные системы воздушного охлаждения сталкиваются с очевидными ограничениями.

Согласно «правилу десяти градусов» в электронике, каждое повышение рабочей температуры на 10°C сокращает срок службы компонентов на 30–50%. Перегрев не только угрожает стабильности системы, но и увеличивает частоту отказов и затраты на техническое обслуживание.

3. Почему жидкостное охлаждение становится необходимым для центров обработки данных

3.1 Энергоэффективность и оптимизация PUE

Показатель эффективности использования энергии (PUE) стал критически важным показателем для современных центров обработки данных:

• Традиционные центры обработки данных с воздушным охлаждением обычно работают при коэффициенте полезного действия 1,4–1,5.

• В центрах обработки данных с жидкостным охлаждением показатель PUE может быть ниже 1,2, а в некоторых архитектурах — даже ниже.

Жидкостное охлаждение значительно снижает энергопотребление вентиляторов и повышает общую энергоэффективность, что напрямую уменьшает эксплуатационные расходы и выбросы углекислого газа.

3.2 Поддержка развертывания с высокой плотностью

По мере роста удельной мощности стоек масштабируемость систем охлаждения на основе воздушного потока становится проблематичной. Жидкостное охлаждение позволяет:

• более высокая способность к передаче теплового потока на единицу площади

• более компактные конфигурации серверов

• гибкое развертывание в ограниченных пространствах

3.3 Повышена надежность и улучшен терморегулирование

Жидкостное охлаждение позволяет напрямую отводить тепло от чипа, снижая тепловое сопротивление и обеспечивая стабильную температуру перехода при длительных высоких нагрузках.

4. Обзор технологий жидкостного охлаждения центров обработки данных

4.1 Типы систем жидкостного охлаждения

Среди этих решений жидкостное охлаждение с помощью холодных пластин остается наиболее зрелым и широко используемым подходом в центрах обработки данных для ИИ благодаря сбалансированному сочетанию эффективности, простоты обслуживания и совместимости с существующими серверными архитектурами.

5. Охлаждающие жидкости и вопросы, касающиеся тепловых характеристик.

Свойства охлаждающей жидкости напрямую влияют на безопасность, эффективность и экологичность системы. По сравнению с системами на водной основе, диэлектрические хладагенты, используемые в двухфазном охлаждении, обладают существенными преимуществами, включая электрическую изоляцию и теплопередачу с фазовым переходом.

Ключевые показатели эффективности включают температуру кипения, скрытую теплоту, рабочее давление, теплопроводность и воздействие на окружающую среду (gwp).

Двухфазные хладагенты обеспечивают высокую теплопередачу при более низких расходах, снижая мощность насоса и повышая общую эффективность системы.

6. Проблемы традиционных водоохлаждающих пластин

Несмотря на широкое использование водорастворимых охлаждающих пластин, их длительная эксплуатация сопряжена с рядом рисков:

6.1 риски коррозии

Медные микроканальные охлаждающие пластины, собранные методом пайки, могут подвергаться гальванической коррозии из-за разности потенциалов материала, усугубляемой кислородом, кислотностью и микробной активностью.

6.2 Риски закупорки

Микроканалы подвержены образованию накипи, продуктов окисления и биологического роста, что может ограничивать поток и резко снижать эффективность теплопередачи.

6.3 Риски утечки

Износ уплотнений, деградация трубок и усталость соединителей повышают риск утечки охлаждающей жидкости. Поскольку вода является проводником, утечки могут привести к коротким замыканиям и катастрофическому повреждению оборудования.

7. Роль Kingka в управлении тепловым режимом центров обработки данных.

7.1 — поставщик комплексных решений в области теплотехники

Компания kingka, обладающая 15-летним опытом, является надежным производителем, специализирующимся на высокоэффективных радиаторах, изготовленных на заказ пластинах для жидкостного охлаждения и прецизионных механически обработанных компонентах для центров обработки данных, электроники и возобновляемой энергетики.

Наши возможности охватывают весь жизненный цикл продукта — от теплового проектирования и CFD-моделирования до высокоточного производства, тестирования, упаковки и глобальной доставки.

7.2 передовые производственные возможности

• Высокоточная обработка на станках с ЧПУ с допусками до ±0,01 мм.

• 5-осевая обработка сложных геометрических форм холодных пластин

• Нарезка, экструзия и сварка трением с перемешиванием (FSW) для высокоэффективных теплоизоляционных конструкций.

• Изготовление герметичной жидкостной охлаждающей пластины и ее интегрированная сборка.

7.3 строгий контроль качества

• Процессы сертифицированы по стандартам ISO 9001:2015 и IATF 16949.

• 100% контроль размеров и измерение в миллиметрах (точность до 1,5 мкм)

• Испытание на герметичность газа/жидкости и испытание на удержание давления

7.4 индивидуальная настройка, обусловленная инженерными решениями

Компания kingka тесно сотрудничает с клиентами для оптимизации конструкции на основе реальных условий эксплуатации, обеспечивая баланс между производительностью, надежностью, технологичностью и стоимостью.

8. Обеспечение создания центров обработки данных следующего поколения с использованием искусственного интеллекта.

По мере ускорения вычислительной мощности ИИ, управление тепловыми процессами стало стратегической инфраструктурной задачей, а не второстепенным инженерным вопросом. Эффективные, надежные и масштабируемые решения для охлаждения необходимы для раскрытия полного потенциала высокопроизводительных чипов ИИ и архитектур центров обработки данных.

Благодаря сочетанию передовых технологий теплотехники, высокоточного производства и комплексной индивидуальной настройки, компания kingka стремится помогать клиентам по всему миру в создании высокоэффективных и перспективных решений для управления тепловым режимом центров обработки данных.