Cercetări privind industria de răcire cu lichid pentru servere

 

IDC este o industrie tipică cu un consum ridicat de energie și se confruntă cu constrângeri ale politicii de consum de energie. Regiunile dezvoltate au introdus politici de restricție a consumului de energie, iar consumul de energie al IDC este concentrat în principal pe răcire. Consumul de energie termică al serverelor AI este de peste cinci ori mai mare decât al serverelor obișnuite, necesitând o răcire lichidă mai eficientă pentru a obține răcire și pentru a reduce nivelurile PUE.

 

Impulsat de Nvidia și operatorii interni, rata de penetrare a răcirii lichide (placă rece) în servere va depăși 10% în 2024, intrând într-o etapă de creștere rapidă. Este de așteptat ca rata internă de penetrare a răcirii lichide să ajungă la 30% până în 2028, cu o dimensiune a pieței de peste 20 de miliarde de RMB.

 

Cele mai valoroase componente dintr-un sistem de răcire cu lichid sunt plăcile și conductele de răcire cu lichid. Se estimează că piața internă va fi în jur de 10 miliarde RMB până în 2028. Deoarece barierele tehnice ale produsului nu sunt mari, companiile care intră pe piață devreme și stabilesc parteneriate cu producătorii de cipuri și servere de bază vor avea avantaje semnificative.

 

Companiile din lanțul de aprovizionare al Nvidia și Huawei vor avea oportunități de investiții mai bune, acordând o atenție deosebită Inovance Technology, Gaolan Co., Ltd., Jingyan Technology și Siquan New Materials.

 

 

I Serverele/IDC-urile AI necesită sisteme de răcire cu lichid

 

1) Consumul mare de energie al serverelor AI necesită răcire cu lichid

Un server CPU standard cu dimensiuni de 4U (737 mm × 437 mm × 178 mm) consumă în mod obișnuit aproximativ 800 W de putere, cu o putere termică de aproximativ 200 W, ceea ce corespunde unei producții de căldură de 50 W/U per unitate de spațiu. În schimb, un server AI echipat cu 8 cipuri GPU în format de aceeași dimensiune are un consum total de energie de aproximativ 5 kW și o putere termică de aproximativ 1000 W, corespunzând la 250 W/U de energie termică pe unitate de spațiu, care este de aproximativ patru ori mai mare decât un server obișnuit. Puterea maximă de disipare a unui server tipic de 4U răcit cu aer este de 600 W, cu mult sub cerințele de disipare a căldurii de 1000 W ale unui server AI, ceea ce face necesară răcirea cu lichid.

 

▲ Nevoile de disipare a căldurii serverului AI sunt de aproximativ 5 ori mai mari decât serverele obișnuite

 

2) IDC-urile serverelor AI trebuie să utilizeze sisteme de răcire cu lichid

Pentru a menține temperatura camerei serverului între 20-25 grade , un server IDC general care utilizează răcirea cu aer poate atinge un PUE minim de 1,3, abia îndeplinește cerințele politicii. Cu toate acestea, un server AI IDC care utilizează răcirea cu aer poate atinge doar un PUE de 1,6. Prin urmare, numai prin utilizarea unui sistem de răcire cu lichid, PUE-ul camerei serverului poate fi menținut sub nivelul necesar 1.3.

 

▲ Comparație între diverse soluții de răcire

 

Conform celor mai recente informații despre lanțul industrial, Nvidia va adopta pe deplin răcirea cu lichid începând cu B100 și va lansa o soluție de răcire cu lichid complet personalizată în 2024, accelerând semnificativ dezvoltarea serverelor răcite cu lichid.

 

 

II Plăci de răcire cu lichid/conducte de răcire cu lichid

 

1) Optimizarea managementului termic cu plăci de răcire cu lichid

Plăcile de răcire cu lichid transferă căldura de la componentele generatoare de căldură indirect la lichidul de răcire care circulă într-un sistem cu buclă închisă prin intermediul plăcii rece, care este de obicei făcută din metale conductoare termic, cum ar fi cuprul sau aluminiul. Lichidul de răcire duce apoi căldura. Există patru cerințe tehnice cheie pentru calitatea plăcilor de răcire cu lichid: în primul rând, capacitate mare de răcire; în al doilea rând, fiabilitate ridicată pentru a asigura etanșarea plăcii rece; în al treilea rând, design precis de disipare a căldurii pentru a evita diferențele mari de temperatură în cadrul sistemului; și în al patrulea rând, controlul strict al greutății plăcii reci pentru a împiedica sistemul de răcire să reducă semnificativ densitatea de energie a întregului sistem.

 

Plăcile de răcire cu lichid sunt fabricate folosind procese de prelucrare, permițând proiectarea liberă a dimensiunilor canalelor interne și a traseelor. Acest lucru le face potrivite pentru produsele de management termic cu densitate mare de putere, dispoziții neregulate ale surselor de căldură și constrângeri de spațiu. Acestea sunt aplicate în principal în proiectarea produselor de răcire pentru convertoare de energie eoliană, invertoare fotovoltaice, IGBT-uri, controlere de motoare, lasere, surse de alimentare cu stocare a energiei, servere de supercomputing și alte domenii, dar sunt mai puțin utilizate în sistemele de baterii de putere.

2) Răcirea cu lichid pe placă rece este soluția principală

 

 

▲ Placă rece și soluții de răcire cu lichid de imersie

 

Există două soluții principale de răcire cu lichid: placă rece și imersie. Soluția de placă rece folosește o placă de răcire cu lichid goală atașată la suprafețele CPU și GPU. Căldura este transportată de lichidul de răcire care curge în interior, reducând PUE-ul IDC la 1,2. Soluția de imersie scufundă direct întregul server într-un lichid special de răcire izolat, eliminând căldura prin circulația lichidului. Această metodă poate atinge un PUE mai mic de 1,1 și este utilizată în principal pentru supercalculatoare cu densitate de putere extrem de mare. Este de așteptat ca răcirea cu lichid cu plăci reci să devină soluția principală de răcire cu lichid în viitor, reprezentând mai mult de 90% din utilizarea sistemului de răcire cu lichid.

 

3) Plăci de răcire cu lichid și țevi de răcire cu lichid

 

 

▲ Schema sistemului de răcire cu lichid cu placă rece

 

Un sistem de răcire cu lichid cu placă rece este format din trei părți principale: sistemul intern de conducere a căldurii a șasiului serverului (plăci de răcire cu lichid și țevi), sistemul de circulație externă al șasiului (pompe, supape, conducte) și sistemul extern de schimb de căldură. a camerei serverelor (turnuri de răcire etc.). Dintre acestea, sistemul de schimb de căldură și turnurile de răcire sunt considerate echipamente electromecanice comune și au valoare scăzută. Prin urmare, valoarea sistemului de răcire cu lichid este concentrată în principal pe plăcile și țevile de răcire cu lichid din interiorul șasiului.