Dal raffreddamento ad aria al raffreddamento a liquido, l'intelligenza artificiale guida l'innovazione industriale
Il motivo principale per cui i dispositivi elettronici generano calore è il processo di conversione dell'energia di lavoro in energia termica. La dissipazione del calore è progettata per risolvere i problemi di gestione termica nei dispositivi informatici ad alte prestazioni, ottimizzando le prestazioni del dispositivo e prolungandone la durata rimuovendo direttamente il calore dalla superficie di chip o processori. Con l'aumento del consumo energetico del chip, la tecnologia di dissipazione del calore si è evoluta dall'equalizzazione lineare della temperatura dei tubi di calore unidimensionali all'equalizzazione planare della temperatura del VC bidimensionale, all'equalizzazione della temperatura integrata del percorso tecnologico VC tridimensionale e infine alla tecnologia del raffreddamento a liquido.
3D VC presenta migliori vantaggi di raffreddamento come "raffreddamento efficiente, distribuzione uniforme della temperatura e punti caldi ridotti", che possono soddisfare i requisiti del collo di bottiglia della dissipazione del calore per dispositivi ad alta potenza e dell'equalizzazione della temperatura in aree ad alta densità di flusso di calore. Può anche garantire prestazioni di overclocking più elevate e stabilità del sistema dopo l'overclocking. La conduttività termica tra il tubo di calore/piastra di equalizzazione serve a trasferire il calore a più tubi di calore/piastre di equalizzazione assemblati, che hanno resistenza termica di contatto e resistenza termica del rame stesso; Inoltre, il VC 3D, attraverso la connettività della struttura tridimensionale, subisce la transizione di fase liquida interna e la diffusione termica, trasferendo direttamente ed efficientemente il calore del chip all'estremità distale dei denti per la dissipazione del calore.
La tecnologia di raffreddamento comprende due tipi: raffreddamento ad aria e raffreddamento a liquido. Nella tecnologia raffreddata ad aria, la capacità di dissipazione del calore dei tubi di calore e del VC è relativamente bassa. Il limite superiore della dissipazione del calore 3D VC può essere esteso a 1000 W ed entrambi richiedono una ventola per la dissipazione del calore. La tecnologia è semplice, economica e adatta alla maggior parte dei dispositivi. La tecnologia di raffreddamento a liquido ha una maggiore efficienza di raffreddamento, inclusi due tipi: piastra fredda e tipo ad immersione. Tra questi, la piastra fredda è un metodo di raffreddamento indiretto con un investimento iniziale moderato, costi operativi e di manutenzione inferiori e relativamente maturo. Nvidia GB200 NVL72 adotta una soluzione di raffreddamento a liquido a piastra fredda; Il raffreddamento ad immersione è un metodo di raffreddamento diretto con elevati requisiti tecnici ed elevati costi operativi e di manutenzione.
La formazione e la promozione di modelli di intelligenza artificiale di grandi dimensioni richiedono una maggiore potenza di calcolo dei chip e migliorano il consumo energetico dei singoli chip. La temperatura del chip influisce sulle sue prestazioni. Quando la temperatura operativa del chip è vicina a 70-80 gradi, per ogni aumento di 2 gradi della temperatura, le prestazioni del chip diminuiranno di circa il 10%. Pertanto, l’aumento del consumo energetico di un singolo chip aumenta ulteriormente la richiesta di dissipazione del calore. Inoltre, la Nvidia B200 ha un consumo energetico di oltre 1000W ed è vicina al limite superiore del raffreddamento ad aria; Politiche come "dual carbon" e "Calcolo Est-Ovest" richiedono rigorosamente il PUE per i data center e il PUE medio per il raffreddamento a liquido è inferiore a quello per il raffreddamento ad aria; In termini di TCO, rispetto al raffreddamento ad aria, il costo di investimento iniziale del raffreddamento a liquido con piastra fredda è vicino a quello del raffreddamento ad aria e il successivo costo operativo è inferiore.
Armadio raffreddato a liquido a immersione monofase: è un server raffreddato a liquido integrato nel serbatoio, con la CDU e il serbatoio collegati tramite tubazioni. La tubazione inferiore trasporta il mezzo di raffreddamento a bassa temperatura nel serbatoio e il mezzo raffreddato a liquido assorbe il calore dal server raffreddato a liquido. Dopo che la temperatura aumenta, ritorna alla CDU e il calore viene portato via dalla CDU. Questa struttura può garantire il raffreddamento completo a liquido del server e il design senza ventola garantisce una maggiore densità di potenza e un PUE inferiore rispetto al raffreddamento ad aria. Ma la difficoltà tecnica è elevata e il tasso di penetrazione è relativamente basso.
Immersione bifase: con elevati requisiti tecnici, può aumentare significativamente la densità di potenza del sistema. A causa dell'elevata potenza del chip principale nel server, la superficie del chip deve essere sottoposta a un trattamento di ebollizione migliorato per aumentare il nucleo di gassificazione sulla sua superficie, migliorare l'efficienza del trasferimento di calore a cambiamento di fase e raggiungere una densità massima di dissipazione del calore di oltre 100 W/ c㎡.
Spinta dallo sviluppo della potenza di calcolo dell’intelligenza artificiale e delle policy PUE, la tecnologia di raffreddamento deve essere continuamente aggiornata per controllare la temperatura operativa dei dispositivi elettronici. La dissipazione del calore a livello di chip passerà da heat pipe/VC a soluzioni di raffreddamento 3DVC e cold plate più efficienti, guidando l'innovazione continua nella tecnologia di raffreddamento dei chip.
