Riešenia chladenia kvapalinou pre dátové centrá AI – analýza výhod chladenia kvapalinou

 

Ⅰ Výhody kvapalinového chladenia

 

Na zabezpečenie hladkej a efektívnej prevádzky dnešných dátových centier si mnohé zariadenia vyžadujú chladiace riešenia. S nárastom umelej inteligencie a veľkých dát sa množstvo dát, ktoré je potrebné spracovať, prudko zvýšilo, čo viedlo k zvýšeniu tepla generovaného vysokovýkonným spracovaním. Niektoré výhody prechodu na riešenia kvapalného chladenia zahŕňajú:

 

1. Prechod z klimatizácie na účinnejšie kvapalinové chladenie môže znížiť prevádzkové náklady o viac ako 40 %

• Prechod z chladenia vzduchom na chladenie kvapalinou môže ušetriť energiu.
• Znížením prevádzky systémových ventilátorov sa šetrí dodatočná energia.
• Doba návratnosti investície do zariadenia je v priemere jeden rok, čím sa zvyšuje návratnosť investícií (ROI).

 

2. Účinnosť chladenia kvapalinou výrazne zlepšuje efektivitu využitia energie (PUE) pre vysokovýkonné, vysokovýkonné CPU a GPU

• Kvapalina je vo svojej podstate účinnejšia pri odstraňovaní tepla, až 1000-krát účinnejšia ako chladenie vzduchom.
• Keďže vzduchové chladenie už nebude spĺňať budúce požiadavky na chladenie CPU a GPU, kvapalinové chladenie sa môže stať nevyhnutnosťou.
• Podporuje servery s najvyšším výkonom a najvyššou hustotou, čím zvyšuje výpočtový výkon na štvorcový meter.

 

3. Znižovanie nákladov a vplyvu na životné prostredie

• Chladenie kvapalinou znižuje spotrebu energie a znižuje emisie uhlíka z elektrární na fosílne palivá. Znižovanie vplyvu dnešných dátových centier na životné prostredie sa stáva zodpovednosťou spoločnosti.
• Okrem toho chladenie kvapalinou znižuje chvenie čipov. Keď sa CPU alebo GPU prehrieva alebo sa blíži k maximálnej prevádzkovej teplote, implementuje opatrenia na zníženie výkonu, známe ako „tepelné škrtenie“, aby sa zabránilo poškodeniu čipu. Tepelné škrtenie má za následok zníženie výkonu systému, čo ovplyvňuje rýchlosť spracovania aplikácií.

 

▲ Zníženie nákladov a vplyvu chladenia kvapalinou na životné prostredie

 

 

Škrtenie čipov sa môže konkrétne prejaviť dvoma spôsobmi:

1. Zníženie rýchlosti hodín: CPU alebo GPU zníži svoju prevádzkovú rýchlosť, tj zníži frekvenciu hodín. Výsledkom je, že pracovné zaťaženie, ktoré CPU alebo GPU dokáže zvládnuť za cyklus hodín, je znížené a generuje menej tepla.

2. Vypnutie niektorých jadier: V niektorých viacjadrových procesoroch môžu byť niektoré jadrá vypnuté, aby sa znížilo generovanie tepla. Hoci celkový výkon klesá, zvyšné aktívne jadrá generujú menej tepla.

 

Tieto škrtiace opatrenia sú ochranné opatrenia, ktoré zabraňujú prehriatiu procesora. Prehriatie ovplyvňuje nielen výkon, ale môže tiež skrátiť životnosť zariadenia a dokonca spôsobiť jeho poškodenie. Preto je dôležité zabezpečiť, aby procesor a ďalší hardvér pracovali v rámci vhodného teplotného rozsahu.

 

▲ Kvapalné chladiace servery

 

 

Ⅱ Slovník

 

Účinnosť využitia energie (PUE)

PUE, alebo Power Usage Effectiveness, je štandardná metrika na meranie energetickej účinnosti dátového centra. Je definovaný ako pomer celkovej spotreby energie dátového centra k spotrebe energie IT zariadení. Vzorec na výpočet PUE je:

 

PUE=Celková spotreba energie dátového centra / spotreba energie IT zariadení

 

Ideálna hodnota PUE je 1.0, čo znamená, že všetku energiu vstupujúcu do dátového centra využívajú zariadenia IT bez plytvania energiou. V skutočnosti je však v dôsledku faktorov, ako sú chladiace systémy, osvetlenie a neefektívnosť napájania, hodnota PUE zvyčajne vyššia ako 1.0.

 

Kvapalinové chladenie výrazne zlepšuje PUE dátových centier, najmä v nasledujúcich aspektoch:

 

1. Efektívnejšie chladenie:Kvapalinové chladenie je efektívnejšie ako tradičné vzduchové chladenie, dokáže rýchlejšie odvádzať teplo. To znamená, že na udržanie rovnakej prevádzkovej teploty pre IT zariadenia je potrebné menej energie.
2. Znížená spotreba energie prídavných zariadení:Systémy chladenia kvapalinou môžu znížiť potrebu klimatizácie a mnohých ventilátorov, ktoré zvyčajne spotrebúvajú značné množstvo energie v systémoch chladenia vzduchu. Znížením spotreby energie týchto pomocných zariadení možno výrazne zlepšiť celkové PUE dátového centra.
3. Podpora výpočtov s vyššou hustotou:Kvapalinové chladenie umožňuje umiestniť viac serverov a výpočtových zariadení na menšom priestore, čím sa zvyšuje výpočtový výkon na meter štvorcový. Tento výpočtový systém s vysokou hustotou zvyšuje efektivitu IT zariadení bez zvýšenia požiadaviek na chladenie.
4. Nižšia celková spotreba energie:Keďže chladenie kvapalinou je účinnejšie pri odstraňovaní tepla, znižuje sa celková spotreba energie na chladenie v dátovom centre, čo priamo ovplyvňuje výpočet PUE, čím sa približuje k 1.0.

 

Preto pri vysokovýkonných procesoroch a GPU s vysokým výkonom kvapalinové chladenie výrazne zlepšuje PUE dátového centra zvýšením účinnosti chladenia a znížením celkovej spotreby energie, vďaka čomu sú operácie dátového centra ekologickejšie a nákladovo efektívnejšie.