सर्वरों के लिए लिक्विड कूलिंग उद्योग पर शोध

 

आईडीसी एक विशिष्ट उच्च ऊर्जा खपत वाला उद्योग है और ऊर्जा खपत नीति बाधाओं का सामना करता है। विकसित क्षेत्रों ने ऊर्जा खपत प्रतिबंध नीतियां शुरू की हैं, और आईडीसी की ऊर्जा खपत मुख्य रूप से शीतलन पर केंद्रित है। एआई सर्वर की थर्मल पावर खपत सामान्य सर्वर की तुलना में पांच गुना अधिक है, शीतलन प्राप्त करने और पीयूई स्तरों को कम करने के लिए अधिक कुशल तरल शीतलन की आवश्यकता होती है।

 

एनवीडिया और घरेलू ऑपरेटरों द्वारा संचालित, सर्वर में लिक्विड कूलिंग (कोल्ड प्लेट) की प्रवेश दर 2024 में 10% से अधिक हो जाएगी, जो तेजी से विकास के चरण में प्रवेश करेगी। यह उम्मीद की जाती है कि घरेलू लिक्विड कूलिंग प्रवेश दर 2028 तक 30% तक पहुंच जाएगी, जिसका बाजार आकार 20 बिलियन आरएमबी से अधिक होगा।

 

लिक्विड कूलिंग सिस्टम में सबसे मूल्यवान घटक लिक्विड कूलिंग प्लेट और पाइप हैं। अनुमान है कि 2028 तक घरेलू बाजार लगभग 10 बिलियन RMB होगा। चूंकि उत्पाद की तकनीकी बाधाएं अधिक नहीं हैं, इसलिए जो कंपनियां बाजार में जल्दी प्रवेश करती हैं और कोर चिप और सर्वर निर्माताओं के साथ साझेदारी स्थापित करती हैं, उन्हें महत्वपूर्ण लाभ होगा।

 

एनवीडिया और हुआवेई की आपूर्ति श्रृंखला में शामिल कंपनियों के पास बेहतर निवेश के अवसर होंगे, जिसमें इनोवेंस टेक्नोलॉजी, गाओलान कंपनी लिमिटेड, जिंगयान टेक्नोलॉजी और सिक्वान न्यू मैटेरियल्स पर विशेष ध्यान दिया जाएगा।

 

 

I AI सर्वर/IDC को लिक्विड कूलिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है

 

1) एआई सर्वर की उच्च बिजली खपत के लिए लिक्विड कूलिंग की आवश्यकता होती है

4U (737mm × 437mm × 178mm) के आयामों वाला एक मानक CPU सर्वर आमतौर पर लगभग 800W बिजली की खपत करता है, जिसमें लगभग 200W का हीट आउटपुट होता है, जो प्रति यूनिट स्पेस में 50W/U हीट आउटपुट के अनुरूप होता है। इसके विपरीत, समान आकार के 8 GPU चिप्स से लैस एक AI सर्वर की कुल बिजली खपत लगभग 5KW और हीट आउटपुट लगभग 1000W है, जो प्रति यूनिट स्पेस में 250W/U हीट आउटपुट के अनुरूप है, जो एक साधारण सर्वर से लगभग चार गुना है। एक सामान्य 4U एयर-कूल्ड सर्वर का अधिकतम पावर अपव्यय 600W है, जो AI सर्वर की 1000W हीट अपव्यय आवश्यकताओं से बहुत कम है, जिससे लिक्विड कूलिंग आवश्यक हो जाती है।

 

▲ एआई सर्वर की ऊष्मा अपव्यय आवश्यकताएँ सामान्य सर्वरों की तुलना में लगभग 5 गुना अधिक होती हैं

 

2) एआई सर्वर आईडीसी को लिक्विड कूलिंग सिस्टम का उपयोग करना चाहिए

सर्वर रूम के तापमान को 20-25 डिग्री के बीच बनाए रखने के लिए, एयर कूलिंग का उपयोग करने वाला एक सामान्य सर्वर IDC न्यूनतम 1.3 का PUE प्राप्त कर सकता है, जो कि नीतिगत आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है। हालाँकि, एयर कूलिंग का उपयोग करने वाला एक AI सर्वर IDC केवल 1.6 का PUE प्राप्त कर सकता है। इसलिए, केवल लिक्विड कूलिंग सिस्टम का उपयोग करके ही सर्वर रूम के PUE को आवश्यक 1.3 से नीचे रखा जा सकता है।

 

▲ विभिन्न शीतलन समाधानों की तुलना

 

नवीनतम उद्योग श्रृंखला जानकारी के अनुसार, एनवीडिया बी100 से शुरू होकर पूरी तरह से लिक्विड कूलिंग को अपनाएगा और 2024 में पूरी तरह से अनुकूलित लिक्विड कूलिंग समाधान लॉन्च करेगा, जिससे लिक्विड-कूल्ड सर्वर के विकास में काफी तेजी आएगी।

 

 

II तरल शीतलन प्लेटें/तरल शीतलन पाइप

 

1) लिक्विड कूलिंग प्लेट्स के साथ थर्मल प्रबंधन का अनुकूलन

लिक्विड कूलिंग प्लेटें, गर्मी पैदा करने वाले घटकों से निकलने वाली गर्मी को कोल्ड प्लेट के माध्यम से बंद लूप सिस्टम में परोक्ष रूप से घूमने वाले कूलिंग लिक्विड में स्थानांतरित करती हैं, जो आमतौर पर तांबे या एल्युमीनियम जैसी ऊष्मीय रूप से सुचालक धातुओं से बनी होती है। कूलिंग लिक्विड फिर गर्मी को दूर ले जाता है। लिक्विड कूलिंग प्लेट की गुणवत्ता के लिए चार प्रमुख तकनीकी आवश्यकताएँ हैं: पहली, उच्च शीतलन क्षमता; दूसरी, कोल्ड प्लेट की सील सुनिश्चित करने के लिए उच्च विश्वसनीयता; तीसरी, सिस्टम के भीतर बड़े तापमान अंतर से बचने के लिए सटीक गर्मी अपव्यय डिजाइन; और चौथी, कोल्ड प्लेट के वजन पर सख्त नियंत्रण ताकि कूलिंग सिस्टम को समग्र सिस्टम के ऊर्जा घनत्व को महत्वपूर्ण रूप से कम करने से रोका जा सके।

 

लिक्विड कूलिंग प्लेट्स का निर्माण मशीनिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करके किया जाता है, जिससे आंतरिक चैनल आयामों और पथों को स्वतंत्र रूप से डिज़ाइन किया जा सकता है। यह उन्हें उच्च शक्ति घनत्व, अनियमित ताप स्रोत लेआउट और स्थान की कमी वाले थर्मल प्रबंधन उत्पादों के लिए उपयुक्त बनाता है। वे मुख्य रूप से पवन ऊर्जा कन्वर्टर्स, फोटोवोल्टिक इनवर्टर, आईजीबीटी, मोटर नियंत्रक, लेजर, ऊर्जा भंडारण बिजली आपूर्ति, सुपरकंप्यूटिंग सर्वर और अन्य क्षेत्रों के लिए शीतलन उत्पादों के डिजाइन में लागू होते हैं, लेकिन पावर बैटरी सिस्टम में कम आम तौर पर उपयोग किए जाते हैं।

2) कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग मुख्यधारा का समाधान है

 

 

▲ कोल्ड प्लेट और इमर्शन लिक्विड कूलिंग समाधान

 

दो मुख्य लिक्विड कूलिंग समाधान हैं: कोल्ड प्लेट और इमर्शन। कोल्ड प्लेट समाधान CPU और GPU सतहों से जुड़ी एक खोखली लिक्विड कूलिंग प्लेट का उपयोग करता है। गर्मी को अंदर बहने वाले शीतलक द्वारा दूर ले जाया जाता है, जिससे IDC का PUE 1.2 तक कम हो जाता है। इमर्शन समाधान सीधे पूरे सर्वर को एक विशेष इंसुलेटेड कूलिंग लिक्विड में डुबो देता है, जिससे लिक्विड के सर्कुलेशन के माध्यम से गर्मी निकल जाती है। यह विधि 1.1 से कम का PUE प्राप्त कर सकती है और इसका उपयोग मुख्य रूप से अत्यधिक उच्च शक्ति घनत्व वाले सुपर कंप्यूटरों के लिए किया जाता है। यह उम्मीद की जाती है कि भविष्य में कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग मुख्यधारा का लिक्विड कूलिंग समाधान बन जाएगा, जो लिक्विड कूलिंग सिस्टम के उपयोग का 90% से अधिक हिस्सा होगा।

 

3) लिक्विड कूलिंग प्लेट्स और लिक्विड कूलिंग पाइप्स

 

 

▲ कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम का योजनाबद्ध

 

कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम में तीन मुख्य भाग होते हैं: सर्वर चेसिस (लिक्विड कूलिंग प्लेट और पाइप) की आंतरिक ऊष्मा चालन प्रणाली, चेसिस (पंप, वाल्व, पाइप) की बाहरी परिसंचरण प्रणाली और सर्वर रूम (कूलिंग टावर, आदि) की बाहरी ऊष्मा विनिमय प्रणाली। इनमें से, ऊष्मा विनिमय प्रणाली और कूलिंग टावर को सामान्य इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरण माना जाता है और इनका मूल्य कम होता है। इसलिए, लिक्विड कूलिंग सिस्टम का मूल्य मुख्य रूप से चेसिस के अंदर लिक्विड कूलिंग प्लेट और पाइप पर केंद्रित होता है।