Решение для жидкостного охлаждения: Основная движущая сила ключевых технологических и энергетических преобразований

С ростом вычислительной мощности искусственного интеллекта и развитием энергохранилищных систем в направлении высокой плотности мощности решение с жидкостным охлаждением стало оптимальным выбором для теплового управления в критических сценариях, таких как центры обработки данных, станции энергохранения и быстрая зарядка электромобилей. В сравнении с традиционным воздушным охлаждением оно обеспечивает 3-5 кратное увеличение эффективности теплоотвода, снижает энергопотребление на 20-30%, продлевает срок службы оборудования более чем на 50% и поддерживает сверхвысокую плотность мощности до 100 кВт+ на один шкаф. Две основные технические направления — холодноколодильное охлаждение и погружное охлаждение — соответственно удовлетворяют потребности в модернизации существующих объектов и будущем высокоплотном вычислении, создавая значительную эксплуатационную ценность и преимущества в снижении выбросов углерода для предприятий.

Почему решение для жидкостного охлаждения превосходит традиционное воздушное охлаждение?

В связи с быстрым появлением высокопроизводительных чипов и постоянным повышением плотности мощности системы традиционная технология воздушного охлаждения достигла своего узкого места в управлении тепловыделением. Решение Liquid Cooling Solution, основанное на превосходной теплопроводности жидких сред, стало необходимым выбором для преодоления ограничений по теплоотводу. Приведенные ниже сравнительные данные наглядно демонстрируют его основные преимущества:

Соответствующие тесты показывают, что в системах NVIDIA GPU жидкостное охлаждение позволяет поддерживать температуру GPU на уровне 46-54°C, в то время как воздушное охлаждение приводит к температурному диапазону 55-71°C. Такой стабильный температурный контроль позволяет системам с жидкостным охлаждением обеспечивать до 17% более высокую вычислительную производительность во время стресс-тестов, что очень важно для обучения моделей ИИ и высокопроизводительных вычислительных задач. .

Два основных технических маршрута решения проблемы жидкостного охлаждения

Решение для жидкостного охлаждения в основном включает в себя два технических маршрута: жидкостное охлаждение с помощью холодной пластины и жидкостное охлаждение погружением. Предприятия могут выбрать подходящее решение в соответствии со своими бизнес-потребностями, плотностью мощности и бюджетными ограничениями:

Холодная плита жидкостного охлаждения

Жидкостное охлаждение Cold Plate обеспечивает целенаправленный отвод тепла за счет прикрепления металлических холодных пластин к основным компонентам, выделяющим тепло, таким как CPU и GPU. В нем используется гибридная архитектура “локальное жидкостное охлаждение + глобальное воздушное охлаждение”, которая не требует внесения подрывных изменений в существующую структуру сервера и обладает высокой совместимостью.

• Положение на рынке: В настоящее время занимает 80% рынка жидкостного охлаждения, являясь основным выбором для коммерциализации. .
• Основные преимущества: Низкая стоимость преобразования (всего 30%-50% от погружного охлаждения), зрелая технология и простота обслуживания. Он может снизить PUE центра обработки данных до уровня ниже 1,2, полностью отвечая требованиям политики "зеленых" центров обработки данных.
• Применимые сценарии: Общие облачные вычисления, центры обработки данных корпоративного уровня, проекты трансформации запасов, а также сценарии с плотностью мощности 15-30 кВт на шкаф.

Погружное жидкостное охлаждение

При погружном жидкостном охлаждении весь сервер погружается в изолирующую охлаждающую жидкость (например, минеральное масло или фторированную жидкость), обеспечивая рассеивание тепла по всей площади за счет естественной конвекции или кипения жидкости. Несмотря на то, что в настоящее время на него приходится лишь около 20% рынка, он считается основным направлением для сценариев со сверхвысокой плотностью мощности благодаря своему экстремальному потенциалу рассеивания тепла.

• Основные преимущества: Эффективность теплоотдачи в 5 раз выше, чем у жидкостного охлаждения с холодными пластинами; может поддерживать плотность мощности 50-100 кВт на шкаф, а коэффициент PUE может составлять 1,03-1,05. Он позволяет полностью отказаться от вентиляторов, снижая энергопотребление оборудования на 5%-15% и избегая воздействия на окружающую среду, такого как пыль и влажность. .
• Тенденция изменения стоимости: Благодаря локализации охлаждающих жидкостей и крупномасштабному производству, к 2030 году ожидается снижение стоимости на 50%, а доля рынка вырастет до 40%. .
• Применимые сценарии: Суперкомпьютерные центры, кластеры для обучения ИИ, квантовые вычисления и другие сценарии с требованиями к сверхвысокой плотности мощности.

Основные сценарии применения решений для жидкостного охлаждения

Жидкостное охлаждение широко используется во многих областях, обусловленных двойными требованиями - высокой плотностью мощности и энергосбережением. Ниже перечислены основные сценарии применения:

Центры обработки данных

По мере того как плотность мощности шкафов центров обработки данных возрастает до 40 кВт+ (в некоторых высокопроизводительных стойках даже превышает 140 кВт), воздушное охлаждение уже не может удовлетворить потребности в отводе тепла. Жидкостное охлаждение стало обязательным выбором для новых центров обработки данных. Например, система жидкостного охлаждения Thermax с адиабатической сухой градирней была применена в центре обработки данных в Пуне (Индия), обеспечив стабильный контроль температуры охлаждающей воды (46°C на входе / 35°C на выходе) и обеспечив стабильную работу суперкомпьютеров при экономии 80% водных ресурсов. .

Системы хранения энергии

Жидкостное охлаждение решает проблему отвода тепла в системах хранения энергии с высокой плотностью мощности. Она позволяет контролировать разницу температур модулей батарей в пределах ±3°C, увеличивая срок службы до 15 000 раз. На крупных станциях хранения энергии на уровне энергосистемы погружная система жидкостного охлаждения, используемая в проекте по хранению энергии Qinghai Gonghe, достигает коэффициента полезного действия 1,05 и позволяет экономить 5 миллионов юаней на оплате электроэнергии в год. Мировой рынок накопителей энергии с жидкостным охлаждением растет высокими темпами, а масштабы китайского рынка, как ожидается, достигнут 23,63 млрд юаней в 2024 году и превысят 102 млрд юаней в 2027 году. .

Быстрая зарядка электромобилей

Станции быстрой зарядки за короткое время выделяют большое количество тепла, что негативно сказывается на безопасности и сроке службы аккумулятора. Жидкостное охлаждение обеспечивает точный контроль температуры во время быстрой зарядки, повышая эффективность зарядки и улучшая здоровье аккумулятора. Оно стало стандартной конфигурацией для мощных станций быстрой зарядки.

Как выбрать правильное решение для жидкостного охлаждения?

При выборе решения для жидкостного охлаждения предприятиям необходимо всесторонне учитывать следующие факторы, чтобы достичь оптимального баланса между производительностью и стоимостью:

1. Требования к плотности мощности: Для сценариев с плотностью мощности менее 30 кВт на шкаф выбирайте жидкостное охлаждение с холодной пластиной; для сценариев с плотностью мощности более 50 кВт на шкаф - погружное жидкостное охлаждение.
2. Бюджет и стоимость преобразования: Для преобразования центра обработки данных с ограниченным бюджетом более экономичным является жидкостное охлаждение с холодными пластинами; для новых проектов с высокой плотностью вычислений можно заранее развернуть иммерсионное жидкостное охлаждение для резервирования потенциала вычислительной мощности.
3. Возможности оперативного обслуживания: Жидкостное охлаждение холодных пластин имеет более низкие требования к обслуживанию и совместимо с существующими системами эксплуатации и обслуживания; погружное жидкостное охлаждение требует профессиональных команд для управления охлаждающей жидкостью и обслуживания оборудования.
4. Политика и цели по сокращению выбросов углекислого газа: Если предприятиям необходимо пройти сертификацию "зеленых" центров обработки данных или достичь целей по снижению выбросов углекислого газа, погружное жидкостное охлаждение с более низким показателем PUE в большей степени соответствует долгосрочным потребностям развития.

Тенденции рынка и перспективы развития

Благодаря развитию вычислительных мощностей искусственного интеллекта и глобальной трансформации энергетики мировой рынок жидкостного охлаждения переживает период бурного роста. Ожидается, что объем рынка достигнет 12 миллиардов долларов США в 2025 году и 31,2 миллиарда долларов США в 2030 году, а среднегодовые темпы роста превысят 20% . Будущее развитие будет характеризоваться двумя основными тенденциями:

• Параллельное развитие двух маршрутов: В краткосрочной перспективе (2025-2030 гг.) холодное пластинчатое жидкостное охлаждение останется основным, в то время как погружное жидкостное охлаждение достигнет быстрого роста в сценариях высокой плотности. Большинство ведущих предприятий примут стратегию “широкомасштабное развертывание холодных пластин + исследование границ погружения”. .
• Ускоренная локализация и снижение затрат: Основные компоненты, такие как отечественные охлаждающие жидкости и насосы жидкостного охлаждения, постоянно разрушают международные монополии. Стоимость отечественных охлаждающих жидкостей на 40% ниже, чем у импортных продуктов, что будет способствовать широкомасштабной популяризации решений для жидкостного охлаждения.

Итоговое резюме: Жидкостное охлаждение - это не просто замена традиционному воздушному охлаждению, а основная вспомогательная технология для развития высокоплотных вычислений и устойчивой энергетики. По мере совершенствования технологии и снижения стоимости она будет широко применяться во всех областях. Предприятия, заблаговременно внедряющие технологию жидкостного охлаждения, получат значительные конкурентные преимущества в эпоху цифровой трансформации и энергетического перехода.