A DLC hűtés közvetlen folyadékhűtés: a hűtőfolyadék egy közvetlenül a processzorra csavarozott hideg lemezen áramlik keresztül, így a hő a forrásánál távozik, ahelyett, hogy felmelegítené a helyiség levegőjét. A hideg lemezes DLC-ben a folyadék a lemezen belül marad és hurokban mozog. Soha nem érintkezik a szilíciummal, a panellel vagy a csatlakozókkal. A szerverhűtés-gyártók általában arról számolnak be, hogy ez a megközelítés a szerver hőjének nagyjából 60–80%-ját gyűjti össze a chipnél, a fennmaradó részt pedig a levegő kezeli. Ez a leválasztási arány az oka annak, hogy a közvetlen folyadékhűtés ma már a mainstream megközelítés a sűrű mesterséges intelligencia és a nagy teljesítményű számítástechnikai (HPC) rackek esetében, ahol a levegő önmagában nem elegendő a szabad magassághoz.
A keresőkifejezés az adatközponti hardverre mutat, de az alapfizika ugyanaz a chip-hűtőfolyadék hőút, mint amely az akkumulátor hideglapját szabályozza. Mennyire lapos az érintkezőfelület? Mennyire jól tölti ki a rést a hővezető anyag (TIM)? Hogyan cserélik a belső csatornák a hőátadást a nyomáseséssel szemben, és vajon a hűtőfolyadék kémiája illeszkedik-e a nedvesített anyagokhoz? Ezek a kérdések közvetlenül vonatkoznak az elektromos járművek és az energiatároló (ESS) csomagok hűtésére. Ami viszont nem játssza át a kérdést, az a szerveroldali rendszerarchitektúra – a létesítmény hűtöttvizes üzemének méretezését, a CDU-k és az épület közötti hőelvezetést, a rack sűrűség gazdaságosságát és a GPU TDP-plafonjait –, mivel ezek a telepítéstől és az adatlaptól függenek, nem a csomagtól. Ez a cikk az átvihető rétegnél marad, és rámutat, hogy hol nem szabad a szerver megítélését leolvasni egy akkumulátorcsomagról.
Mi a DLC hűtés?
A hűtőfolyadékot a legforróbb alkatrészekhez kell eljuttatni, ne a körülöttük lévő levegőhöz: ez a DLC mögötti teljes koncepció. A technológiát közvetlenül a chipre (D2C) történő hűtésnek vagy hideglemezes hűtésnek is nevezik, és mindhárom elnevezés egyetlen mechanizmust jelöl. A hideglemez a CPU vagy GPU tokozáshoz illeszkedik, és egy zárt hurok elvezeti az elnyelt hőt. A folyadékok sokkal hatékonyabban szállítják a hőt, mint a levegő, mivel sűrűbbek és egységnyi térfogatra vetítve több energiát tartalmaznak, így ugyanaz a hőterhelés sokkal rövidebb úton hagyja el a rack szekrényt.
Egy mérnök számára az számít, *hol* vezetik el a hőt. A léghűtés elvonja a hőt a hűtőbordáról, és a helyiségbe juttatja, ahol végül eléri a légkondicionálót (CRAC) vagy a légkondicionálót (CRAH). A közvetlen folyadékhűtés a hő nagy részét a csomagoláson belül elnyeli, mielőtt az a helyiség levegőjével kapcsolatos problémává válna. Ez az eltolódás lehetővé teszi, hogy egy rack sokkal több számítási kapacitást képes elszállítani ugyanazon a helyigénnyel. Ez az oka annak is, hogy a gyorsított mesterséges intelligenciával működő adatközpontok a következőkre térnek át: hideglemezes hűtési megoldások hogy sűrűséget növeljenek azon túl, amit a levegőrendszereik elbírnak.
Hogyan működik a közvetlen folyadékhűtés?
Egy közvetlen folyadékhűtéses hurok négy összekapcsolt szakaszon keresztül mozgatja a hőt: chip, hűtőlemez, hűtőfolyadék-hurok és hőelvezetés. A processzor egy vékony hővezető anyagon (TIM) keresztül vezeti a hőt a hideglemezbe. A belső csatornákon átáramló hűtőfolyadék elnyeli ezt a hőt. A felmelegedett hűtőfolyadék egy hűtőfolyadék-elosztó egységbe (CDU) jut, amely a hőt a létesítmény vízébe vagy levegőjébe adja le. Minden szakasz hőellenállást eredményez, így a tervezési cél az, hogy a lánc minden egyes interfészének ellenállása a lehető legalacsonyabb legyen.
A CDU a szerverkör és az épület közötti határt képezi, és két gyakori konfigurációban létezik. A folyadék-folyadék (L2L) CDU a hőt egy létesítmény vízkörébe adja, ami olyan nagyméretű telepítésekhez alkalmas, amelyek már rendelkeznek hűtött vagy meleg vízzel. A folyadék-levegő (L2A) CDU a hőt egy hőcserélőn és ventilátorokon keresztül adja le a helyiség levegőjének, ami könnyebben beépíthető egy vízvezeték nélküli csarnokba. A választás attól függ, hogy rendelkezésre áll-e létesítményi víz, és mekkora racksűrűséget céloz meg a telephely, ezért a CDU típusát a hideglap és az elosztó elrendezésének rögzítése előtt kell meghatározni. Ez a CDU-és létesítményréteg pontosan az a rész, amely nem kerül át akkumulátorcsomagra, ahol a jármű vagy a burkolat állítja be a hőleadást, nem pedig egy adatcsarnok.
A levegő sosem tűnik el teljesen a képből. A memória, a meghajtók, a hálózati kártyák és a feszültségszabályozók továbbra is olyan hőt bocsátanak ki, amelyet egyetlen chip hűtőlemeze sem ér el. A legtöbb valós telepítés ezért hibrid: folyadék a legforróbb komponenseknél, kisebb a levegő útja minden másnak. A DLC “csak folyadékként” való kezelése gyakori tervezési hiba. A gyakorlati kérdés az, hogyan osszuk el a terhelést, nem pedig az, hogy szükség van-e még levegőre.
Egyfázisú vs. kétfázisú közvetlen chiphűtés
Az egyfázisú és a kétfázisú DLC között az a különbség, hogy a hűtőfolyadék megváltoztatja-e a halmazállapotát, és ez befolyásolja a költségeket, a bonyolultságot és azt, hogy mennyi hőt képes a lemez mozgatni. Az egyfázisú DLC-ben a hűtőfolyadék a lemezen keresztül végig folyékony marad – jellemzően víz-glikol keverék –, és felmelegedéssel szállítja el a hőt. A kétfázisú DLC-ben a hűtőfolyadék a lemez belsejében forr, majd a lefolyás során kondenzál, a párolgás látens hőjét felhasználva több energiát nyel el a kisebb hőmérséklet-emelkedés érdekében. A folyadék általában dielektrikum vagy hűtőközeg, nem víz.
Az egyfázisú a bevált, egyszerűbb megközelítés számos jelenlegi telepítéshez, de továbbra is a valós meghibásodási módokra kell tervezni. A nagyobb áramlási sebességek növelik az eróziós korrózió kockázatát a csatornákban és szerelvényekben az idő múlásával, és minden vízbázisú hurok szivárgási következményekkel jár az élő szerelvények közelében. A hurok anyagait és a hűtőközeg kémiáját egyaránt felül kell vizsgálni a telepítés előtt. A kétfázisú nagyon nagy hőáramokat képes mozgatni laposabb hőmérsékleti profillal, de nyomást, kondenzációt és folyadékkezelési bonyolultságot okoz. Akkor válik szükségessé a mérlegelés, amikor a hőtervezési teljesítmény (TDP) meghaladja azt a szintet, amelyet az egyfázisú elfogadható hőmérséklet-emelkedés mellett el tud tartani. Mielőtt megbízna egy közzétett áramlási vagy teljesítményadatban, ellenőrizze a hűtőközeg típusát, az áramlási sebességet és a TDP felső határát a használni kívánt lemezhez és folyadékhoz képest.
DLC összehasonlításban az immerziós és hibrid léghűtéssel
A közvetlenül a chipre történő hűtés csak egy a folyadékos módszerek közül, és a választás azon múlik, hogy mennyi hőt szeretne a folyadékkal szállítani. A D2C mellett a fő lehetőségek az immerziós hűtés, ahol az egész panelek dielektromos fürdőben helyezkednek el; a hátsó ajtós hőcserélők, amelyek a rack ajtajánál hűtik a kifújt levegőt; és a folyadék-levegő egységek, amelyek a folyadékot a rack közelébe viszik anélkül, hogy az épületet csővezetékekkel kellene ellátni. Mindegyik a hő útjának egy másik pontján fogja fel, így kompromisszumot kötnek az utólagos beszerelés, a szervizelhetőség és a támogatott sűrűség között.
A közvetlenül a chipre és az immerziós hűtés a spektrum ellentétes végein helyezkedik el. A D2C (Direct-to-Charge) biztosítja a szerverek szervizelhetőségét, és a szabványos rack munkafolyamatok nagy részét újrahasznosítja, miközben folyadékhűtés esetén csak a legforróbb alkatrészeket alkalmazza. Ezáltal az üzemeltető számára ez egy fokozatosabb lépés, amely sűrűséget ad egy meglévő csarnoknak. Az immerziós hűtés szinte teljesen eltávolítja a levegőt, de teljesen megváltoztatja a karbantartást, a folyadékokat és a rack formátumát. A lemezalapú lehetőségeket összehasonlító csapatok számára a csatornageometria és a konstrukció közötti különbségek ugyanolyan fontosak, mint a hűtési kategória. Egy akkumulátormérnök ugyanezzel a különbséggel szembesül, amikor egy lemezt egy cellaelrendezéshez illeszt, nem pedig egy szerverlaphoz.
Hideglemez-kialakítás a forgácstól a hűtőfolyadékig terjedő hőútvonalban
A hideglemez az a pont, ahol egy DLC rendszer sikeres vagy kudarcot vall, mivel két olyan határfelülettel rendelkezik, amelyek általában dominálnak a hőellenállásban a hurokban. A hőnek a chip fedelétől a lemezbe kell jutnia egy vékony, egyenletes TIM rétegen keresztül, majd a lemez faláról a mozgó hűtőfolyadékba a belső csatornákon keresztül. Ha a lemez nem sík ott, ahol a tokozással találkozik, vagy a szerelési nyomás egyenetlen, a TIM rés növekszik, és a hőellenállás emelkedik, függetlenül attól, hogy mennyire hideg a beáramló hűtőfolyadék. A síkfelület, a résszabályozás és a szerelési erő ezért minden lemez elfogadási ellenőrzőlistáján szerepel.
A csatornatervezés a munka második felét teszi ki. A csatorna geometriája, a falvastagság és az áramlási elrendezés határozza meg, hogy mennyi hőt von be a lemez a hűtőfolyadékba, és mekkora szivattyúnyomást fizet érte a hurok – ez a központi eleme minden… hideglemez-kialakítás a hőkezeléshez. A nagyobb sűrűség és a magasabb TDP a finomabb belső struktúrák felé tolódik el. A finomabb csatornák azonban növelik a nyomásesést, és koncentrálhatják az áramlási sebességet, ami felgyorsítja az eróziót, ezért a lemezt a célzott áramlási sebességhez kell igazítani, nem pedig önmagában maximalizálni.
Ezen interfészek megfelelő beállítása alkalmazásspecifikus munka, nem pedig katalógusból való válogatás, különösen akkor, ha egy akkumulátorcsomag vagy egy szerverrack keveri a formátumokat, a réstűréseket és az összeszerelési igénybevételeket. Ez az előfeltétele a ... egyedi hidegtál megoldásokAz érintkezőfelületet, a csatornaelrendezést és a hűtőfolyadék útvonalát a terheléshez igazítják, ahelyett, hogy a terhelést egy általános lemezre kényszerítenék. A mérnöki ellenőrzések az alkalmazások között megoszlanak – a síkfelület és a szerelési nyomás megerősítése, a csatornák áramláshoz való illesztése és az anyagok ellenőrzése a hűtőfolyadék kémiájával szemben –, de maga a terhelés nem. Egy akkumulátormodul réstűrései, cellaformátuma és szerkezeti kötése más célokat tűz ki, mint egy mesterséges intelligencia által vezérelt gyorsítóé, és ezeknek a csomagspecifikus korlátozásoknak, nem pedig a szerverszámoknak, kellene vezérelniük az akkumulátor hideglemezét.
Következtetés
Ha a DLC-t három különálló döntésként olvassuk, az már nem homályosítja el a dolgokat: a hűtési kategória (közvetlenül a chipre, immerziós, hibrid), a hűtőfolyadék viselkedése (egyfázisú vagy kétfázisú), és a munkát végző hardver (a hideglemez és interfészei). Egy akkumulátoros hőelemző csapat esetében csak az utolsó továbbítja a hőt tisztán – az érintkezőfelület, a TIM rés és a csatorna-áramlás illesztés ugyanaz a fizika, függetlenül attól, hogy a hő GPU-ból vagy cellából származik. A szerveroldali rétegek – a CDU, a létesítmény vize és a rack sűrűségi célok – az adatközpont oldalán maradnak. Tehát a hasznos ellenőrzési sorrend rögzített: először erősítse meg a síkfelületet és a szerelési nyomást, illessze a csatornákat a ténylegesen működtetett áramláshoz, majd ellenőrizze az anyagokat a hűtőfolyadék kémiai összetételével szemben, és a terhelést a saját csomagja alapján méretezze, ne egy szerver specifikációs lapja alapján.
GYIK
Szükségem van léghűtésre, ha közvetlenül a chipre folyadékhűtést használok?
Igen. A legtöbb közvetlenül a chipre történő telepítés hibrid marad, nem csak folyadékalapú. A hideglemez a CPU-nál és a GPU-nál keletkező hő nagy részét elnyeli, de a memória, a meghajtók, a hálózati kártyák és a tápegységek továbbra is olyan hőt bocsátanak ki, amelyet egyetlen chiplemez sem ér el, így egy kisebb légút kezeli a fennmaradó hőt. A folyadék és a levegő megosztását együtt kell megtervezni, nem pedig azt feltételezni, hogy a folyadék mindent eltávolít.
Egyfázisú vagy kétfázisú, közvetlenül a chipre kapcsolt, nagy TDP-jű GPU-khoz?
Az egyfázisú hálózat számos jelenlegi, nagy TDP-jű GPU-t kezel, és ez az egyszerűbb rendszer telepíteni, így ez egy gyakori kiindulópont. A kétfázisú hálózat megéri a plusz nyomást és a folyadékkezelési bonyolultságot, főleg akkor, ha a hőtervezési teljesítmény meghaladja azt a szintet, amelyet az egyfázisú hálózat elfogadható hőmérséklet-emelkedés mellett el tud tartani. A döntést a TDP-plafon és a hűtőfolyadék típusának az adott lemezhez viszonyított ellenőrzésével kell meghozni, ne általános szabály alapján.
Rackenként hány kW-tal lehet közvetlenül folyadékhűtést támogatni a levegőhűtés helyett?
A közvetlen folyadékhűtés lényegesen nagyobb racksűrűséget tesz lehetővé, mint a levegőhűtés, ami a fő oka a létezésének. A gyártók levegőre és folyadékra vonatkozó adatai nagymértékben eltérnek a hardvertől és a létesítmény kialakításától függően, ezért bármely egyetlen számot a tényleges szerverek, CDU és hűtőkör irány- és méretsűrűségének tekintsen. A megbízható tanulság az irány: a folyadék a forrásnál vonja el a hőt, így sokkal sűrűbb rackeket tesz lehetővé.
A hűtőfolyadék tényleg hozzáér a chiphez a cold-plate DLC-ben?
Nem. A hideglemezes DLC-ben a hűtőfolyadék a lemez és a hurok belsejében marad, és soha nem érintkezik a chippel, a panellel vagy a csatlakozókkal. A hő a chipről a lemezre egy hővezető anyagon keresztül jut, és a folyadék csak a lemez belsejében lévő csatornákon keresztül áramlik. Ez a korlátozás a magtervezés egyik jellemzője, ezért a szivárgási útvonalakat védő anyagok és szerelvények felülvizsgálata akkor is indokolt, ha a folyadék el van szigetelve.
További olvasmányok
- Közvetlenül a chipre történő hűtés szószedete — Egy semleges szószedet, amely definiálja a közvetlenül a chipre történő hűtést, a CDU-konfigurációkat, valamint az egy- és kétfázisú működést, alátámasztva a fenti mechanizmusról és CDU-król szóló részeket.
- 5 félreértett tény a közvetlenül a chipre szerelt folyadékhűtésről — Elmagyarázza, miért maradnak hibridek a telepítések, és miért nem érintkezik soha a hűtőfolyadék a hardverrel, támogatva a “továbbra is szükség van levegőre” és a befogási pontokat.
Kapcsolódó cikkek
- Adatközponti hűtők: Léghűtéses és vízhűtéses berendezések közötti választás — Megmutatja, hogy a hűtőberendezés és a létesítmény vízköre hol helyezkedik el a CDU után, valamint hogy a terhelés, az éghajlat és a víz elérhetősége hogyan választja ki a körforgás típusát.
- Mi a hőátadás? — Lebontja a hővezetést, a konvekciót és a sugárzást, amelyek a cikkben tárgyalt összes hűtőlemez és hűtőközeg hőút mögött álló mechanizmusok.
- Mi az a csöves hidegtányér? — Elmagyarázza, hogyan vezeti el a hőt az alumínium alapba ragasztott cső, ami egy eltérő lemezszerkezetet használ a megmunkált csatornákhoz való hozzányomáshoz.
- Hogyan működik a hőcsöves hűtés, és mikor érdemes használni? — Egy passzív kétfázisú alternatívát fed le, amely szivattyú nélkül mozgatja a hőt, hasznos kontextus a hűtőfolyadék viselkedésének összehasonlításakor.
- Milyen típusú hűtőlemezek léteznek? – Összehasonlítja a hideglemezes típusokat a csatorna kialakítása és konstrukciója szerint, a lemezszintű különbségtételt, amelyet ez a cikk az akkumulátoros és a szerveres megoldások közötti választás során kiemel.
