La revolución de la tecnología de refrigeración líquida en los centros de datos
Con el desarrollo innovador de tecnologías como la inteligencia artificial, la computación en la nube y los macrodatos, los centros de datos y los equipos de comunicación, como infraestructura de información, están realizando una cantidad cada vez mayor de computación. Con el rápido aumento de la potencia informática en los centros de datos, la densidad de potencia de los gabinetes individuales ha aumentado, lo que impone mayores exigencias en la eficiencia de la disipación de calor. Por otro lado, según la política de "carbono dual", los centros de datos, como "grandes consumidores de energía", deben reducir continuamente sus indicadores PUE para reducir el consumo de electricidad del sistema de refrigeración. Sin embargo, la refrigeración por aire tradicional ya no puede cumplir con los requisitos de disipación de calor anteriores y ha surgido la tecnología de refrigeración líquida.
La GPU de centro de datos de gama alta disponible en el mercado hace 10 años era la NVIDIA K40, con una potencia de diseño térmico (TDP) de 235W. Cuando NVIDIA lanzó el A100 en 2020, el TDP estaba cerca de los 400 W y, con el último chip H100, el TDP se disparó a 700 W. El consumo de energía del diseño térmico de un único chip AI de alto rendimiento ha alcanzado los 1000W. Se entiende que Intel está desarrollando un chip que podría alcanzar los 1,5kW. La competencia en inteligencia artificial se reduce en última instancia a la competencia en potencia informática, y un importante cuello de botella para los chips informáticos de alta tecnología es su capacidad de disipación de calor. Cuando el TDP del chip supera los 1000 W, se debe adoptar la tecnología de refrigeración líquida.
La tecnología de refrigeración líquida puede resolver eficazmente los problemas de la implementación de alta densidad y el sobrecalentamiento local en las salas de ordenadores, entre los cuales la refrigeración líquida por inmersión tiene ventajas sobresalientes en la disipación de calor y el ahorro de energía. La refrigeración líquida por inmersión es un método típico de refrigeración líquida por contacto directo, en el que los dispositivos electrónicos se sumergen en un líquido refrigerante y el calor generado se transfiere directamente al líquido refrigerante y se conduce a través de la circulación del líquido. La refrigeración líquida por inmersión se puede clasificar en dos tipos: refrigeración líquida por inmersión monofásica y refrigeración líquida por inmersión con cambio de fase, dependiendo de si el líquido refrigerante utilizado sufrirá un cambio de estado durante el enfriamiento de los dispositivos electrónicos. La ventaja de la monofásica es que el costo de implementación y el costo del medio de enfriamiento son menores y no hay riesgo de desbordamiento del refrigerante; La ventaja del cambio de fase radica en su mayor capacidad y límite de disipación de calor, pero aún está por detrás del monofásico en términos de coste y madurez tecnológica.
El enfriamiento por inmersión monofásico proporciona una solución atractiva para los centros de datos que buscan una gestión térmica eficiente y confiable. En este método, los componentes de TI se sumergen completamente en un líquido aislante especialmente formulado. Este líquido absorbe directamente el calor del servidor, similar al enfriamiento por inmersión de dos fases. A diferencia de los sistemas bifásicos, el refrigerante monofásico no hierve ni sufre transiciones de fase. Permanece líquido durante todo el proceso de enfriamiento. El líquido aislante calentado circula a través del intercambiador de calor dentro de la unidad de distribución de refrigeración (CDU). Este intercambiador de calor transfiere energía térmica a un medio de refrigeración independiente, normalmente un sistema de agua de circuito cerrado. Luego, el líquido aislante enfriado se bombea nuevamente al tanque de inmersión para completar el ciclo de enfriamiento.
En un sistema de enfriamiento por inmersión de dos fases, los componentes electrónicos se sumergen en un baño líquido conductor de calor aislado, que tiene una conductividad térmica mucho mejor que el aire, el agua o el aceite. La diferencia entre la refrigeración líquida por inmersión de dos fases es que el refrigerante sufre una transición de fase. La ruta de transferencia de calor del enfriamiento líquido por inmersión de dos fases es básicamente la misma que la del enfriamiento líquido por inmersión monofásico, con la principal diferencia de que el refrigerante del lado secundario solo circula en el área interna de la cámara de inmersión, con la parte superior de siendo la cámara de inmersión la zona gaseosa y siendo el fondo la zona líquida; El equipo de TI está completamente sumergido en un refrigerante líquido de bajo punto de ebullición, que absorbe el calor del equipo y hierve. El refrigerante gaseoso de alta temperatura producido por la vaporización, debido a su baja densidad, se acumula gradualmente en la parte superior de la cámara de inmersión e intercambia calor con el condensador instalado en la parte superior, condensándose en un refrigerante líquido de baja temperatura. Luego fluye de regreso al fondo de la cámara bajo la acción de la gravedad, logrando la disipación de calor para los equipos de TI.
En el proceso de desarrollo innovador de la tecnología de disipación de calor, ya sean chips o dispositivos electrónicos, el volumen, el costo del diseño, la confiabilidad y otros aspectos de los productos son umbrales que las empresas no pueden evitar. Estos también son problemas que la tecnología de disipación de calor debe equilibrar y resolver. Se pueden utilizar diferentes tecnologías combinadas para desarrollar productos para diversos materiales, tecnologías y escenarios de aplicación de disipación de calor, con el fin de encontrar la solución óptima para el patrón actual.
