Desde la refrigeración por aire hasta la refrigeración líquida, la IA impulsa la innovación industrial
La razón esencial por la que los dispositivos electrónicos generan calor es el proceso de convertir la energía de trabajo en energía térmica. La disipación de calor está diseñada para abordar los problemas de gestión térmica en dispositivos informáticos de alto rendimiento, optimizando el rendimiento del dispositivo y extendiendo la vida útil eliminando directamente el calor de la superficie de los chips o procesadores. Con el aumento del consumo de energía del chip, la tecnología de disipación de calor ha evolucionado desde la ecualización de temperatura lineal de los heatpipes unidimensionales a la ecualización de temperatura plana del VC bidimensional, a la ecualización de temperatura integrada de la tecnología VC tridimensional y, finalmente, a la tecnología de refrigeración líquida.
3D VC tiene mejores ventajas de enfriamiento, como "enfriamiento eficiente, distribución uniforme de la temperatura y puntos calientes reducidos", que pueden cumplir con los requisitos de cuello de botella de disipación de calor para dispositivos de alta potencia y ecualización de temperatura en áreas de alta densidad de flujo de calor. También puede garantizar un mayor rendimiento de overclocking y estabilidad del sistema después del overclocking. La conductividad térmica entre el tubo de calor/placa de ecualización es para transferir calor a múltiples tubos de calor/placas de ecualización ensamblados, que tienen resistencia térmica de contacto y la resistencia térmica del cobre mismo; Y 3D VC, a través de la conectividad de la estructura tridimensional, sufre una transición de fase líquida interna y difusión térmica, transfiriendo directa y eficientemente el calor del chip al extremo distal de los dientes para la disipación del calor.
La tecnología de refrigeración incluye dos tipos: refrigeración por aire y refrigeración líquida. En la tecnología de refrigeración por aire, la capacidad de disipación de calor de los heatpipes y VC es relativamente baja. El límite superior de disipación de calor de 3D VC se puede ampliar a 1000 W y ambos requieren un ventilador para la disipación de calor. La tecnología es sencilla, económica y adecuada para la mayoría de los dispositivos. La tecnología de refrigeración líquida tiene una mayor eficiencia de refrigeración, incluidos dos tipos: placa fría y tipo inmersión. Entre ellos, la placa fría es un método de enfriamiento indirecto con una inversión inicial moderada, menores costos de operación y mantenimiento y relativamente maduro. Nvidia GB200 NVL72 adopta una solución de refrigeración líquida de placa fría; El enfriamiento por inmersión es un método de enfriamiento directo con altos requisitos técnicos y altos costos de operación y mantenimiento.
La formación y promoción de grandes modelos de IA exigen una mayor potencia informática de los chips y mejoran el consumo de energía de los chips individuales. La temperatura del chip afecta su rendimiento. Cuando la temperatura de funcionamiento del chip es cercana a 70-80 grados, por cada aumento de 2 grados en la temperatura, el rendimiento del chip disminuirá aproximadamente un 10 %. Por lo tanto, el aumento en el consumo de energía de un solo chip aumenta aún más la demanda de disipación de calor. Además, la Nvidia B200 tiene un consumo de energía de más de 1000 W y está cerca del límite superior de refrigeración por aire; Políticas como "carbono dual" y "cálculo Este Oeste" exigen estrictamente el PUE para los centros de datos, y el PUE promedio para la refrigeración líquida es inferior al de la refrigeración por aire; En términos de TCO, en comparación con el enfriamiento por aire, el costo de inversión inicial del enfriamiento líquido con placa fría es cercano al del enfriamiento por aire y el costo operativo posterior es menor.
Gabinete monofásico de inmersión enfriado por líquido: Es un servidor enfriado por líquido integrado en el tanque, con la CDU y el tanque conectados mediante tuberías. La tubería inferior transporta el medio de enfriamiento de baja temperatura al tanque y el medio enfriado por líquido absorbe el calor del servidor enfriado por líquido. Después de que la temperatura aumenta, regresa a la CDU y la CDU se lleva el calor. Esta estructura puede lograr una refrigeración líquida total del servidor y el diseño sin ventilador da como resultado una mayor densidad de potencia y un PUE más bajo en comparación con la refrigeración por aire. Pero la dificultad técnica es alta y la tasa de penetración es relativamente baja.
Inmersión bifásica: Con altos requisitos técnicos, puede aumentar significativamente la densidad de potencia del sistema. Debido a la alta potencia del chip principal en el servidor, la superficie del chip debe someterse a un tratamiento de ebullición mejorado para aumentar el núcleo de gasificación en su superficie, mejorar la eficiencia de transferencia de calor por cambio de fase y lograr una densidad máxima de disipación de calor de más de 100 W/ c·㎡.
Impulsada por el desarrollo de la potencia informática de la IA y la política PUE, la tecnología de refrigeración debe actualizarse continuamente para controlar la temperatura de funcionamiento de los dispositivos electrónicos. La disipación de calor a nivel de chip pasará de heatpipes/VC a soluciones de enfriamiento de placa fría y 3DVC más eficientes, lo que impulsará la innovación continua en la tecnología de enfriamiento de chips.
