מהפכת טכנולוגיית הקירור הנוזלי במרכזי הנתונים
עם הפיתוח החדשני של טכנולוגיות כגון AI, מחשוב ענן וביג דאטה, מרכזי נתונים וציוד תקשורת, כתשתית מידע, מבצעים כמות הולכת וגוברת של חישוב. עם העלייה המהירה של כוח המחשוב במרכזי נתונים, גדלה צפיפות ההספק של ארונות בודדים, מה שמציב דרישות גבוהות יותר ליעילות פיזור החום. מנגד, על פי מדיניות "פחמן כפול", מרכזי נתונים, כ"צרכני אנרגיה עיקריים", נדרשים להפחית באופן רציף את מדדי ה-PUE שלהם על מנת להפחית את צריכת החשמל של מערכת הקירור. עם זאת, קירור אוויר מסורתי אינו יכול עוד לעמוד בדרישות פיזור החום לעיל, וטכנולוגיית קירור נוזלי הופיעה.
ה-GPU המוביל של מרכז הנתונים שהיה זמין בשוק לפני 10 שנים היה NVIDIA K40, עם הספק תרמי (TDP) של 235W. כאשר NVIDIA הוציאה את ה-A100 ב-2020, ה-TDP היה קרוב ל-400W, ועם שבב H100 האחרון, ה-TDP זינק ל-700W. צריכת החשמל בתכנון התרמי של שבב AI יחיד בעל ביצועים גבוהים הגיעה ל-1000W. מובן כי אינטל מפתחת שבב שעשוי להגיע ל-1.5kW. התחרות בבינה מלאכותית מסתכמת בסופו של דבר בתחרות בכוח המחשוב, וצוואר בקבוק מרכזי עבור שבבי מחשוב גבוהים הוא יכולת פיזור החום שלהם. כאשר TDP של השבב עולה על 1000W, יש לאמץ טכנולוגיית קירור נוזלי.
טכנולוגיית קירור נוזלים יכולה לפתור ביעילות את הבעיות של פריסה בצפיפות גבוהה והתחממות יתר מקומית בחדרי מחשב, ביניהן לקירור נוזל טבילה יש יתרונות בולטים בפיזור חום ובחיסכון באנרגיה. קירור נוזל טבילה הוא שיטת קירור נוזלי במגע ישיר טיפוסית, שבה מכשירים אלקטרוניים טבולים בנוזל קירור, והחום שנוצר מועבר ישירות לנוזל הקירור ומוליך דרך מחזור הנוזל. ניתן לסווג קירור נוזל טבילה לשני סוגים: קירור נוזל טבילה חד פאזי וקירור נוזל טבילה בשינוי שלב, תלוי אם נוזל הקירור בו נעשה שימוש יעבור שינוי מצב במהלך קירור מכשירים אלקטרוניים. היתרון של חד פאזי הוא שעלות הפריסה ועלות מדיום הקירור נמוכים יותר, ואין סיכון להצפת נוזל קירור; היתרון של שינוי פאזה טמון ביכולת פיזור החום ובמגבלה הגבוהה יותר שלו, אך הוא עדיין מפגר אחרי חד פאזי מבחינת עלות ובגרות טכנולוגית.
קירור טבילה חד פאזי מספק פתרון משכנע למרכזי נתונים המחפשים ניהול תרמי יעיל ואמין. בשיטה זו, רכיבי ה-IT שקועים לחלוטין בנוזל בידוד שנוסח במיוחד. נוזל זה סופג ישירות חום מהשרת, בדומה לקירור טבילה דו-פאזי. בניגוד למערכות דו-פאזיות, נוזל קירור חד-פאזי אינו רותח או עובר מעברי פאזה. הוא נשאר נוזלי לאורך כל תהליך הקירור. נוזל הבידוד המחומם מסתובב דרך מחליף החום בתוך יחידת חלוקת הקירור (CDU). מחליף חום זה מעביר אנרגיה תרמית לאמצעי קירור עצמאי, בדרך כלל מערכת מים בלולאה סגורה. לאחר מכן, נוזל הבידוד המקורר נשאב חזרה למיכל הטבילה כדי להשלים את מחזור הקירור.
במערכת קירור טבילה דו-פאזי, רכיבים אלקטרוניים שקועים באמבט נוזלי מוליכת חום מבודד, בעל מוליכות תרמית טובה בהרבה מאשר אוויר, מים או שמן. ההבדל בין קירור נוזל טבילה דו-פאזי הוא שנוזל הקירור עובר מעבר פאזה. מסלול העברת החום של קירור נוזל טבילה דו-פאזי זהה בעצם לזה של קירור נוזל טבילה חד-פאזי, כשההבדל העיקרי הוא שנוזל הקירור הצד המשני מסתובב רק באזור הפנימי של תא הטבילה, עם החלק העליון של תא הטבילה הוא האזור הגזי והתחתית הוא אזור הנוזל; ציוד ה-IT שקוע כולו בנוזל קירור נוזלי בנקודת רתיחה נמוכה, הסופג חום מהציוד ורותח. נוזל הקירור הגזי בטמפרטורה גבוהה המיוצר על ידי אידוי, בשל צפיפותו הנמוכה, נאסף בהדרגה בחלק העליון של תא הטבילה ומחליף חום עם המעבה המותקן בחלקו העליון, ומתעבה לנוזל קירור נוזלי בטמפרטורה נמוכה. לאחר מכן הוא זורם בחזרה לתחתית החדר תחת פעולת הכבידה, ומשיג פיזור חום עבור ציוד ה-IT.
בתהליך של פיתוח חדשני של טכנולוגיית פיזור חום, בין אם זה שבבים או מכשירים אלקטרוניים, הנפח, עלות התכנון, האמינות והיבטים נוספים של מוצרים הם סף שארגונים אינם יכולים להימנע מהם. אלו גם בעיות שטכנולוגיית פיזור החום חייבת לאזן ולפתור. ניתן להשתמש בטכנולוגיות שילוב שונות לפיתוח מוצרים עבור חומרים שונים של פיזור חום, טכנולוגיות ותרחישי יישום, על מנת למצוא את הפתרון האופטימלי לדפוס הנוכחי.
