Do resfriamento a ar ao resfriamento a líquido, a IA impulsiona a inovação industrial
A razão essencial para os dispositivos eletrônicos gerarem calor é o processo de conversão da energia de trabalho em energia térmica. A dissipação de calor foi projetada para resolver problemas de gerenciamento térmico em dispositivos de computação de alto desempenho, otimizando o desempenho do dispositivo e prolongando a vida útil, removendo diretamente o calor da superfície de chips ou processadores. Com o aumento do consumo de energia do chip, a tecnologia de dissipação de calor evoluiu da equalização linear de temperatura de tubos de calor unidimensionais para a equalização de temperatura planar de VC bidimensional, para a equalização de temperatura integrada do caminho da tecnologia VC tridimensional e, finalmente à tecnologia de refrigeração líquida.
3D VC tem melhores vantagens de resfriamento, como "resfriamento eficiente, distribuição uniforme de temperatura e pontos de acesso reduzidos", que podem atender aos requisitos de gargalo de dissipação de calor para dispositivos de alta potência e equalização de temperatura em áreas de alta densidade de fluxo de calor. Ele também pode garantir um desempenho de overclock mais forte e estabilidade do sistema após o overclock. A condutividade térmica entre o tubo de calor/placa equalizadora é para transferir calor para vários tubos de calor/placas equalizadoras montadas, que possuem resistência térmica de contato e a resistência térmica do próprio cobre; E o VC 3D, por meio da conectividade da estrutura tridimensional, passa por transição de fase líquida interna e difusão térmica, transferindo direta e eficientemente o calor do chip para a extremidade distal dos dentes para dissipação de calor.
A tecnologia de resfriamento inclui dois tipos: resfriamento a ar e resfriamento a líquido. Na tecnologia refrigerada a ar, a capacidade de dissipação de calor dos tubos de calor e VC é relativamente baixa. O limite superior de dissipação de calor 3D VC pode ser estendido para 1000 W e ambos requerem um ventilador para dissipação de calor. A tecnologia é simples, barata e adequada para a maioria dos dispositivos. A tecnologia de refrigeração líquida possui maior eficiência de refrigeração, incluindo dois tipos: placa fria e tipo de imersão. Entre eles, a placa fria é um método de resfriamento indireto com investimento inicial moderado, menores custos de operação e manutenção e relativamente maduro. Nvidia GB200 NVL72 adota uma solução de refrigeração líquida de placa fria; O resfriamento por imersão é um método de resfriamento direto com elevados requisitos técnicos e altos custos operacionais e de manutenção.
O treinamento e a promoção de grandes modelos de IA exigem maior poder de computação dos chips e melhoram o consumo de energia de chips únicos. A temperatura do chip afeta seu desempenho. Quando a temperatura operacional do chip está próxima de 70-80 graus, para cada aumento de 2 graus na temperatura, o desempenho do chip diminuirá em cerca de 10%. Portanto, o aumento no consumo de energia de um único chip aumenta ainda mais a demanda por dissipação de calor. Além disso, a Nvidia B200 tem um consumo de energia superior a 1000W e está próxima do limite superior do resfriamento refrigerado a ar; Políticas como “carbono duplo” e “Cálculo Leste-Oeste” exigem estritamente a PUE para data centers, e a PUE média para refrigeração líquida é inferior à para refrigeração a ar; Em termos de TCO, em comparação com o resfriamento a ar, o custo de investimento inicial do resfriamento a líquido por placa fria é próximo ao do resfriamento a ar, e o custo operacional subsequente é menor.
Gabinete refrigerado a líquido de imersão monofásica: É um servidor refrigerado a líquido embutido no tanque, com a CDU e o tanque conectados por tubulações. A tubulação inferior transporta o meio de resfriamento de baixa temperatura para o tanque, e o meio resfriado a líquido absorve o calor do servidor resfriado a líquido. Após o aumento da temperatura, ele flui de volta para a CDU e o calor é transportado pela CDU. Essa estrutura pode atingir o resfriamento líquido total do servidor, e o design sem ventoinha resulta em maior densidade de energia e menor PUE em comparação ao resfriamento a ar. Mas a dificuldade técnica é elevada e a taxa de penetração é relativamente baixa.
Imersão em duas fases: Com altos requisitos técnicos, pode aumentar significativamente a densidade de potência do sistema. Devido à alta potência do chip principal no servidor, a superfície do chip precisa passar por um tratamento de ebulição aprimorado para aumentar o núcleo de gaseificação em sua superfície, melhorar a eficiência da transferência de calor da mudança de fase e atingir uma densidade máxima de dissipação de calor de mais de 100W/ c㎡.
Impulsionada pelo desenvolvimento do poder de computação da IA e da política PUE, a tecnologia de resfriamento precisa ser continuamente atualizada para controlar a temperatura operacional dos dispositivos eletrônicos. A dissipação de calor no nível do chip mudará de heat pipe/VC para soluções mais eficientes de resfriamento de placas frias e 3DVC, impulsionando a inovação contínua na tecnologia de resfriamento de chips.
