Sıvı Soğutma, Yapay Zeka Sunucuları için En İyi Soğutma Çözümü mü?

 

Geleneksel Hava Soğutması Aşırı Yüklendi; Sıvı Soğutma Teknolojisi Ortaya Çıkıyor

 

Yapay zekanın üç temel direği çipler, işlem gücü ve algoritmalardır. Çipler ve işlem gücü üretkenlik sürücüleridir ve olağanüstü işlem gücüne ulaşmak için insanlar sürekli olarak daha hızlı işlemciler ve daha verimli donanımlar ararlar. Yapay zeka işlem gücü arttıkça ve CPU ve GPU'ların performansı iyileştikçe çip güç tüketimi ve ısı üretimi de buna göre artar. Örneğin, NVIDIA'nın H200 serisi GPU çipleri 700W'a kadar TDP'ye (Termal Tasarım Gücü) sahiptir.

 

Geleneksel hava soğutmanın sınırları vardır. Hava soğutmanın prensibi, ısıyı dağıtmak için havanın ısı emicilerin yüzeyinden akmasına izin vermektir. Şu anda piyasadaki en iyi hava soğutucular 275W'a kadar gücü kaldırabilir. Geleneksel hava soğutma artık ana akım AI sunucularının soğutma gereksinimlerini karşılayamaz.

 

Sıvı soğutma teknolojisi ortaya çıktı. Sıvı soğutmanın prensibi, sunucu içinde sıvı bir soğutucu dolaştırmak ve ısı üreten bileşenlerden termal değişim yoluyla ısıyı emmektir. Sıvı soğutma daha yüksek soğutma verimliliği sunar ve farklı çalışma ortamlarına uyum sağlamak için soğutucunun hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar, ancak daha yüksek maliyetlerle birlikte gelir.

 

Sıvı soğutma resmi olarak tanındı. Haziran 2023'te Çin'in üç büyük telekom operatörü ortaklaşa "Telekom Operatörleri için Sıvı Soğutma Teknolojisi Beyaz Bülteni (2023)"ni yayınladı ve iki teknik yolu açıkça tanıttı: soğuk plaka sıvı soğutma ve tek fazlı daldırma sıvı soğutma. Ayrıca 2023-2025 için bir tanıtım planı da özetlediler:

 

▲ 2023-2025 için bir tanıtım planı

 

 

II Sıvı Soğutma Nedir?

 

Sıvı soğutma, veri merkezlerindeki BT ekipmanlarının iç bileşenleri tarafından üretilen ısıyı dışarıya aktarmak için soğutucu olarak sıvı kullanan bir soğutma yöntemidir ve BT ekipmanlarının ısı üreten parçalarının güvenli bir sıcaklık aralığında çalışmasını sağlar. Ana akım sıvı soğutma çözümleri esas olarak soğuk plaka ve daldırma tiplerine ayrılır. Daldırma sıvı soğutma, soğutucunun faz değişimi geçirip geçirmediğine bağlı olarak faz değişimi ve faz değişimi olmayan daldırma soğutma olarak daha da ayrılabilir.

 

▲ Sıvı soğutma teknolojisi

 

Soğuk plaka sıvı soğutma, iyi termal iletkenliğe sahip bakır veya alüminyum gibi metallerden yapılmış bir ısı emici kullanarak çalışır. Bileşenler tarafından üretilen ısı, ısı emici içindeki sıvı soğutucuya aktarılır ve bu da ısıyı uzaklaştırır.

 

Daldırma sıvı soğutması, sunucular (CPU'lar, bellek, G/Ç vb. dahil) gibi BT ekipmanlarının soğutma sıvısına tamamen daldırıldığı doğrudan temaslı bir sıvı soğutma yöntemidir. Soğutma, sıvının dolaşımı yoluyla gerçekleşir. Hızla gelişen faz değişimli daldırma soğutma teknolojisi, ısı üreten bileşenleri soğutarak, soğutucunun buharlaşmasına neden olur ve ardından buharı yeniden kullanım için sıvı forma yoğunlaştırarak çalışır. Bu yöntem daha yüksek soğutma verimliliği ve daha düşük gürültü sunar.

 

 

III Tüm Sunucu Soğutma Çözümleri Sıvı Soğutmayla Değiştirilmeli mi?

 

Elbette hayır. Veri merkezi soğutma yöntemleri hem zorlamalı hava soğutmayı hem de sıvı soğutmayı içerir. Hava soğutma teknolojisi nispeten olgunlaşmış olsa da, sıvı soğutma son yıllarda veri merkezlerinin artan soğutma ihtiyaçları tarafından yönlendirilen daha yeni bir gerekliliktir.

 

Günümüzde veri merkezlerinde temel olarak üç soğutma çözümü bulunmaktadır:

1. Tamamen sıvı soğutmaya dayanan, daha küçük, daha verimli ve muazzam bilgi işlem gücüne sahip veri merkezleri yaratan yeni veri merkezleri tasarlamak.

2. Gelecekteki geçişleri kolaylaştırmak için öncelikli olarak hava soğutma kullanan ancak sıvı soğutma seçeneklerini de içeren veri merkezleri tasarlamak.

3. Veri merkezi operatörlerinin mevcut hava soğutmalı tesislerine sıvı soğutmayı entegre etmesi, çoğunlukla hava soğutma sistemlerini kısmen sıvı soğutmaya dönüştürmesi.

 

▲ Farklı Veri Merkezi Türleri İçin Önerilen Soğutma Yöntemleri

 

 

 

IV Sıvı Soğutmanın Karşılaştığı Zorluk Nedir?

 

1. Maliyet Sorunları

Sıvı soğutma sistemlerinin maliyeti; yüksek malzeme maliyetlerini (soğutucu, ısı emiciler, borulama vb.), tasarım ve üretim karmaşıklığını, yüksek kurulum ve bakım maliyetlerini ve yüksek güvenilirlik elde etmek için daha yüksek yatırım ihtiyacını içerir.

 

2. Güvenilirlik Sorunları

 

Kararlılık:Sıvı soğutma sıvısının kimyasal kararlılığı yetersiz olabilir, bu da kullanım sırasında bozulmaya, oksidasyona veya zararlı maddelerin oluşumuna yol açarak soğutma etkisini ve sistem kararlılığını etkileyebilir.

 

Sızıntı:Sıvı sızıntıları, boru hattı tıkanıklıkları veya diğer olaylar durumunda, mevcut dolaylı sıvı soğutma sistemleri arızaları zamanında tespit edemeyebilir ve bu da sunucu güvenliğini tehlikeye atabilir.

 

Uyumluluk:Bazı veri merkezi ekipmanları sıvı soğutma sistemlerine uygun olmayabilir ve ek adaptasyon ve modifikasyon gerektirebilir.

 

 

V Sıvı Soğutmada Yukarı ve Aşağı Akış Endüstrileri Nelerdir?

 

Sıvı soğutma endüstrisi ekosistemi, soğuk plaka ve daldırma sıvı soğutma sistemlerine odaklanarak, ana bileşen tedarikçileri, orta akış sıvı soğutmalı sunucu sağlayıcıları ve alt akış bilgi işlem gücü kullanıcılarını içerir.

 

▲ Soğuk Plaka Sıvı Soğutma Sistemi Prensibi

 

▲ Daldırma Sıvı Soğutma Sistemi Prensibi

 

 

1. Yukarı akış

 

▲ Soğuk Plaka Sıvı Soğutma Sisteminin Yukarı Akışı
 

Soğuk Plaka Sıvı Soğutma Sistemi esas olarak CDU, soğuk kaynak, soğutucu, sıvı soğutma boru hatları ve sıvı soğutma kabininden oluşur. Daldırma sıvı soğutma sistemi esas olarak CDU, soğuk kaynak, sıvı soğutma boru hatları, daldırma odası, BT ekipmanı ve soğutucudan oluşur.

 

Soğutma Dağıtım Ünitesi (CDU)

CDU, ikincil taraftaki yüksek sıcaklıklı soğutucu ile birincil taraftaki soğuk kaynak arasındaki ısı alışverişi için kullanılır, sıvı soğutmalı BT ekipmanı için soğutma dağıtımı sağlar ve sıcaklık, basınç ve akış izlemeyi yönetir. Isı alışverişi, sirkülasyon sürüşü, soğutucu arıtma ve sıvı depolama gibi işlevlere sahiptir. CDU esas olarak bir ısı değiştirici/yoğuşturucu, sirkülasyon pompası, filtre, sıvı depolama tankı ve aksesuarlardan (vanalar, boru hatları, konektörler, sensörler, vb.) oluşur.

 

Soğuk Kaynak

Sıvı soğutma sisteminin dış mekan soğuk kaynağı, kuru soğutucular, kapalı soğutma kuleleri veya soğutucular arasından koşullara bağlı olarak seçilebilir.

 

Sıvı Soğutma Boru Hatları

Boru hatları, ısı değişim soğuk plakasını, soğutma dağıtım ünitesini, ısı değişim ünitesini ve dış mekan soğuk kaynağını birbirine bağlayan gerekli bileşenlerdir. Genel olarak, sirkülasyon boru hatları farklı bağlantı yöntemlerine göre doğrudan bağlantı (asenkron) ve döngü bağlantısı (senkron) tiplerine ayrılabilir.

 

Soğutma sıvısı

Soğuk plaka sistemleri için yaygın soğutucular arasında su, etilen glikol, propilen glikol vb. bulunur. Bu soğutucular yüksek özgül ısı kapasitesine ve düşük viskoziteye sahiptir, bu da ekipman tarafından üretilen ısıyı hızla emmelerini ve dağıtılması için ısı eşanjörüne aktarmalarını sağlar.

 

Yaygın daldırma soğutucular (yalıtım) mineral yağ, florokarbon bileşikleri vb. içerir. Bunlar arasında, faz değişimli soğutma yalnızca yanıcı olmayan florokarbon bileşikleri kullanabilir. Soğutma ortamı ile çeşitli bileşenlerin malzemeleri arasındaki uyumluluk, daldırma faz değişimli sıvı soğutma sisteminin performansını etkileyen temel faktörlerden biridir.

 

Şu anda daldırma faz değişim soğutması için birkaç tip florlu sıvı mevcut olup, ana tedarikçi 3M'dir. Çin'in daldırma sıvı soğutması hala emekleme aşamasındadır.

 

Mühürlü Oda

Hazne, faz değişimli soğutucuyu tutmak için kullanılır. Hazne, sızıntı olmadan güvenliği sağlamak için soğuk plaka, boru hatları, konektörler ve diğer parçalarda kapatılmalı, böylece güç ve sinyal iletimi bütünlüğü ve veri merkezinin güvenliği sağlanmalıdır. Bu nedenle, kauçuk contalar, sıvı çıkış konektörleri, güç konektörleri, sinyal konektörleri vb. gibi özel sızdırmazlık bileşenleri gereklidir.

 

Sıvı Soğutma Kabini

Sıvı soğutma kabini temel olarak sıvı soğutma plakası, manifold, boru hatları, konnektörler, hızlı konnektörler, sıvı dağıtıcısı ve opsiyonel kompresörden oluşur.

 

Sıvı soğutma plakası, bir soğutma sistemindeki buharlaştırıcıya eşdeğer bir ısı transfer ünitesi olarak işlev görür ve soğutma sistemi için tasarlanmış temel bir teknolojidir. Genellikle bir kapak plakası, kanatçıklar, taban plakası ve contadan oluşur.

Manifold, soğutma dağıtım ünitesini sıvı soğutma sunucusu soğuk plakasına bağlayan bir cihazdır. Genellikle kabine yerleştirilmiştir, soğutma sıvısı akışını her bir soğuk plaka katmanına eşit şekilde dağıtır ve ısıyı emdikten sonra soğutma sıvısını toplar ve bağlantı boruları aracılığıyla soğutma dağıtım ünitesine gönderir.

 

Hızlı bağlantı elemanı, bir ana gövde ve bir uç terminalinden oluşur. Ana gövde, sıvı hızlı bağlantı elemanının bağlantı ve sızdırmazlık işlevlerini gerçekleştirmek için birincil birimdir, uç terminal ise sıvı hızlı bağlantı elemanının montajı ve sabitlenmesi için kurulum portu olarak işlev görür.

 

Kontrol Sistemi

Kontrol sistemi, ısı dağılımını ölçen ve pompa hızını veya soğutma suyu akış hızını ayarlayan sıcaklık ve basınç sensörleri de dahil olmak üzere soğutma sisteminin çalışmasını izler ve düzenler.

 

Filtrasyon ve Arıtma Cihazları

Filtreler, sıvı soğutma sıvısından döküntü ve parçacıkları temizlemek için kullanılır ve sistem performansını ve uzun ömürlülüğünü garanti eder. UV sterilizasyonu veya kimyasal işlem gibi yöntemler soğutma sıvısını arıtabilir.

 

2. Orta akım

Orta akış, esas olarak radyatörler, pompalar, borular ve soğutucular gibi temel bileşenlerin tek bir sisteme entegre edildiği sıvı soğutma sistemlerinden oluşur. Bu şirketler, ürün kalitesini ve performansını garantilemek için belirli bir düzeyde teknik uzmanlık ve üretim kapasitesi gerektirir.

 

3. Aşağı akış

Bilgi işlem gücünün alt kullanıcıları arasında veri merkezleri, süper bilgisayarlar, yapay zeka sunucuları, elektronik cihazlar, yeni enerji araçları, lazerler, invertörler ve diğer endüstriyel ekipmanlar bulunur. Sıvı soğutma teknolojisi havacılık alanında bile kullanılır. Yüksek verimli soğutma özellikleri nedeniyle, sıvı soğutmalı veri merkezleri ve altyapıları esas olarak yüksek performanslı bilgi işlem alanlarında uygulanır. Şu anda, sıvı soğutma teknolojisini kullanan endüstriler arasında internet, finans, telekomünikasyon, enerji, biyoloji ve sağlık hizmetleri yer almaktadır.

 

Bunlar arasında, internet, önemli veri talebi, geniş bir kullanıcı tabanı ve büyük iş hacimleriyle sıvı soğutmalı veri merkezlerinin temel müşterisidir. Veri merkezleri için bilgi işlem gücü gereksinimleri yüksektir ve tek kabin güç yoğunlukları 10 kW'ı aşmaktadır.

 

 

VI Sıvı Soğutmanın Endüstrileşmesi Hangi Aşamada?

 

Şu anda, sıvı soğutmalı veri merkezlerinin çeşitli doğrulamaları büyük ölçüde tamamlandı ve önümüzdeki üç yıl içinde sıvı soğutma teknolojisinin büyük ölçekte genişlemesine tanık olacağız. Teknik açıdan, soğuk plaka soğutması pazardaki ana akım sıvı soğutma çözümü olmaya devam ediyor; endüstriyel geliştirme cephesinde, altyapıdan yapay zeka ekipmanına kadar tam yığın teslimat modeli sektörde bir fikir birliği haline geldi; müşteri cephesinde, iki en büyük veri merkezi endüstrisi uygulama müşterisi olan internet ve telekomünikasyon sektörleri, sıvı soğutma teknolojisine olumlu bir şekilde ilgi gösterdi.

 

İlgili sektör şirketlerinin açıkladığı 2023 yarıyıl raporuna göre, teknoloji, enerji, hükümet, finans ve internet gibi birçok sektörü kapsayan sıvı soğutmalı veri merkezleri 260 MW'ın üzerinde kapasiteye ulaştı.

 

 

VII Yapay Zeka Sıvı Soğutma Pazarı Ne Kadar Büyük?

 

Caitong Securities verilerine göre, Çin'in sıvı soğutmalı veri merkezlerinin pazar büyüklüğü 2022'de 6,999 milyar yuandan 2025'te 35,877 milyar yuanın üzerine çıkacak ve AI veri merkezi sıvı soğutma pazar büyüklüğü 2022'de 5,552 milyar yuandan 2025'te 27,964 milyar yuana çıkarak %76,2'lik bir bileşik yıllık büyüme oranını temsil edecektir. Ürün sınıflandırmasına göre, daha yüksek soğutma verimliliğine ve veri merkezlerinin PUE'sini (Güç Kullanım Etkinliği) etkili bir şekilde azaltma yeteneğine sahip daldırma sıvı soğutma ürünlerinin daha büyük bir pazar payı elde etmesi ve 2019'da %18'den (soğuk plakalı sıvı soğutma ürünleri %82'yi oluşturuyor) 2025'te %41'e çıkması bekleniyor.

 

Pazar, veri merkezi altyapısı için daha yüksek soğutma ve enerji verimliliği talep ettikçe, sektör sıvı soğutma ürünlerinin penetrasyon oranının 2025 yılına kadar %20'ye ulaşacağını ve pazar payının sürekli genişleyeceğini öngörüyor. Yapay zeka sıvı soğutmalı sunucular için büyük ölçekli uygulamaların baharı sessizce yaklaşıyor!

 

 

VIII Bilinen Sıvı Soğutma Şirketleri Hangileridir?

 

Denizaşırı soğuk plaka sıvı soğutma pazarının başlıca oyuncuları arasında IBM, CoolIT Systems, Asetek ve Motivair yer alırken, daldırma sıvı soğutma pazarının başlıca oyuncuları GRC, LiquidStack ve Midas'tır.