Från luftkylning till flytande kylning, AI driver industriell innovation
Den väsentliga anledningen till att elektroniska enheter genererar värme är processen att omvandla arbetsenergi till termisk energi. Värmeavledning är utformad för att hantera termiska hanteringsproblem i högpresterande datorenheter, optimera enhetens prestanda och förlänga livslängden genom att direkt ta bort värme från ytan på chips eller processorer. Med ökningen av strömförbrukningen har värmeavledningstekniken utvecklats från den linjära temperaturutjämningen av endimensionella värmerör till den plana temperaturutjämningen av tvådimensionell VC, till den integrerade temperaturutjämningen av tredimensionell VC-teknikväg, och slutligen till flytande kylningsteknik.
3D VC har bättre kylningsfördelar som "effektiv kylning, enhetlig temperaturfördelning och reducerade hotspots", vilket kan möta flaskhalskraven för värmeavledning för högeffektsenheter och temperaturutjämning i områden med hög värmeflödestäthet. Det kan också säkerställa starkare överklockningsprestanda och systemstabilitet efter överklockning. Värmeledningsförmågan mellan värmeröret/utjämningsplattan är att överföra värme till flera sammansatta värmerör/utjämningsplattor, som har termisk kontaktresistans och kopparns termiska motstånd; Och 3D VC, genom tredimensionell strukturanslutning, genomgår intern vätskefasövergång och termisk diffusion, direkt och effektivt överför chipvärme till den distala änden av tänderna för värmeavledning.
Kyltekniken omfattar två typer: luftkylning och vätskekylning. Inom luftkyld teknik är värmeavledningskapaciteten för värmerör och VC relativt låg. Den övre gränsen för 3D VC-värmeavledning kan utökas till 1000W, och båda kräver en fläkt för värmeavledning. Tekniken är enkel, billig och lämplig för de flesta enheter. Vätskekylningsteknik har högre kylningseffektivitet, inklusive två typer: kallplatta och nedsänkningstyp. Bland dem är kallplatta en indirekt kylmetod med måttlig initial investering, lägre drift- och underhållskostnader och relativt mogen. Nvidia GB200 NVL72 använder en vätskekylningslösning för kylplattor; Nedsänkningskylning är en direktkylningsmetod med höga tekniska krav och höga drift- och underhållskostnader.
Utbildning och marknadsföring av stora AI-modeller kräver högre datorkraft från chips och förbättrar energiförbrukningen för enstaka chips. Temperaturen på chippet påverkar dess prestanda. När chipets driftstemperatur är nära 70-80 grader, för varje 2 graders temperaturökning, kommer chippets prestanda att minska med cirka 10 %. Därför ökar ökningen av energiförbrukningen för ett enda chip ytterligare kravet på värmeavledning. Dessutom har Nvidia B200 en strömförbrukning på över 1000W och ligger nära den övre gränsen för luftkyld kylning; Policyer som "dual carbon" och "East West Calculation" kräver strikt PUE för datacenter, och den genomsnittliga PUE för vätskekylning är lägre än för luftkylning; När det gäller TCO, jämfört med luftkylning, är den initiala investeringskostnaden för vätskekylning med kall plattor nära den för luftkylning, och den efterföljande driftskostnaden är lägre.
Enfas vätskekylt skåp: Det är en vätskekyld server inbyggd i tanken, med CDU och tank anslutna via rörledningar. Den nedre rörledningen transporterar lågtemperaturkylmedium in i tanken och det flytande kylda mediet absorberar värmen från den vätskekylda servern. Efter att temperaturen stiger, strömmar den tillbaka till CDU, och värmen förs bort av CDU. Denna struktur kan uppnå full vätskekylning av servern, och den fläktlösa designen resulterar i högre effekttäthet och lägre PUE jämfört med luftkylning. Men den tekniska svårigheten är hög och penetrationsgraden relativt låg.
Tvåfasnedsänkning: Med höga tekniska krav kan det öka systemets effekttäthet avsevärt. På grund av den höga effekten hos huvudchippet i servern måste chipytan genomgå en förbättrad kokningsbehandling för att öka förgasningskärnan på dess yta, förbättra fasändringens värmeöverföringseffektivitet och uppnå en maximal värmeavledningstäthet på över 100W/ c ㎡.
Driven av utvecklingen av AI-datorkraft och policy PUE, måste kyltekniken kontinuerligt uppgraderas för att styra driftstemperaturen för elektroniska enheter. Värmeavledning på spånnivå kommer att skifta från värmerör/VC till mer effektiva 3DVC- och kallplattskylningslösningar, vilket driver kontinuerlig innovation inom spånkylningsteknik.
