من تبريد الهواء إلى التبريد السائل، يقود الذكاء الاصطناعي الابتكار الصناعي
السبب الأساسي لتوليد الحرارة من الأجهزة الإلكترونية هو عملية تحويل طاقة العمل إلى طاقة حرارية. تم تصميم تبديد الحرارة لمعالجة مشكلات الإدارة الحرارية في أجهزة الحوسبة عالية الأداء، وتحسين أداء الجهاز وإطالة عمره عن طريق إزالة الحرارة مباشرة من سطح الرقائق أو المعالجات. مع زيادة استهلاك طاقة الرقاقة، تطورت تقنية تبديد الحرارة من معادلة درجة الحرارة الخطية لأنابيب الحرارة أحادية البعد إلى معادلة درجة الحرارة المستوية لـ VC ثنائي الأبعاد، إلى معادلة درجة الحرارة المتكاملة لمسار تقنية VC ثلاثي الأبعاد، وأخيرًا لتكنولوجيا التبريد السائل.
يتمتع 3D VC بمزايا تبريد أفضل مثل "التبريد الفعال، والتوزيع الموحد لدرجة الحرارة، ونقاط الاتصال المنخفضة"، والتي يمكن أن تلبي متطلبات عنق الزجاجة لتبديد الحرارة للأجهزة عالية الطاقة ومعادلة درجة الحرارة في المناطق ذات كثافة تدفق الحرارة العالية. ويمكنه أيضًا ضمان أداء أقوى لرفع تردد التشغيل واستقرار النظام بعد رفع تردد التشغيل. تتمثل التوصيل الحراري بين أنبوب الحرارة/لوحة المعادلة في نقل الحرارة إلى عدة أنابيب حرارية مجمعة/ألواح معادلة، والتي لها مقاومة حرارية ملامسة والمقاومة الحرارية للنحاس نفسه؛ ويخضع 3D VC، من خلال اتصال الهيكل ثلاثي الأبعاد، لانتقال الطور السائل الداخلي والانتشار الحراري، مما ينقل حرارة الرقاقة بشكل مباشر وفعال إلى الطرف البعيد للأسنان لتبديد الحرارة.
تتضمن تقنية التبريد نوعين: التبريد الهوائي والتبريد السائل. في تكنولوجيا تبريد الهواء، تكون قدرة تبديد الحرارة للأنابيب الحرارية وVC منخفضة نسبيًا. يمكن تمديد الحد الأعلى لتبديد الحرارة ثلاثي الأبعاد VC إلى 1000 واط، وكلاهما يتطلب مروحة لتبديد الحرارة. التكنولوجيا بسيطة وغير مكلفة ومناسبة لمعظم الأجهزة. تكنولوجيا التبريد السائل لديها كفاءة تبريد أعلى، بما في ذلك نوعين: نوع اللوحة الباردة ونوع الغمر. من بينها، اللوحة الباردة هي طريقة تبريد غير مباشرة باستثمار أولي معتدل، وتكاليف تشغيل وصيانة أقل، وناضجة نسبيًا. تتبنى Nvidia GB200 NVL72 حل تبريد سائل بلوحة باردة؛ التبريد بالغمر هو طريقة تبريد مباشرة ذات متطلبات فنية عالية وتكاليف تشغيل وصيانة عالية.
يتطلب تدريب النماذج الكبيرة للذكاء الاصطناعي والترويج لها قوة حوسبة أعلى من الرقائق وتحسين استهلاك الطاقة للرقائق الفردية. تؤثر درجة حرارة الشريحة على أدائها. عندما تقترب درجة حرارة تشغيل الشريحة من 70-80 درجة، مقابل كل زيادة بمقدار درجتين في درجة الحرارة، سينخفض أداء الشريحة بحوالي 10%. ولذلك، فإن الزيادة في استهلاك الطاقة لشريحة واحدة يزيد من الطلب على تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع جهاز Nvidia B200 باستهلاك طاقة يزيد عن 1000 واط وهو قريب من الحد الأعلى للتبريد المبرد بالهواء؛ تتطلب سياسات مثل "الكربون المزدوج" و"حساب الشرق والغرب" بشكل صارم استخدام PUE لمراكز البيانات، ومتوسط PUE للتبريد السائل أقل من ذلك الخاص بتبريد الهواء؛ فيما يتعلق بالتكلفة الإجمالية للملكية، مقارنة بتبريد الهواء، فإن تكلفة الاستثمار الأولية للتبريد السائل بلوحة التبريد قريبة من تكلفة تبريد الهواء، وتكلفة التشغيل اللاحقة أقل.
خزانة تبريد سائل مغمورة أحادية الطور: إنها عبارة عن خادم مبرد سائل مدمج في الخزان، مع وحدة CDU والخزان متصلين عبر خطوط الأنابيب. ينقل خط الأنابيب السفلي وسط التبريد ذو درجة الحرارة المنخفضة إلى الخزان، ويمتص الوسط المبرد السائل الحرارة من الخادم المبرد بالسائل. بعد ارتفاع درجة الحرارة، تتدفق مرة أخرى إلى وحدة CDU، ويتم نقل الحرارة بعيدًا بواسطة وحدة CDU. يمكن لهذا الهيكل تحقيق تبريد سائل كامل للخادم، وينتج عن التصميم بدون مروحة كثافة طاقة أعلى وانخفاض PUE مقارنة بتبريد الهواء. لكن الصعوبة التقنية مرتفعة ونسبة الاختراق منخفضة نسبياً.
الغمر على مرحلتين: مع المتطلبات التقنية العالية، يمكن أن يزيد بشكل كبير من كثافة طاقة النظام. نظرًا للطاقة العالية للرقاقة الرئيسية في الخادم، يحتاج سطح الشريحة إلى الخضوع لمعالجة غليان معززة لزيادة قلب التغويز على سطحه، وتعزيز كفاءة نقل الحرارة بتغير الطور، وتحقيق أقصى كثافة لتبديد الحرارة تزيد عن 100 وات/ ج㎡.
مدفوعًا بتطوير قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي وسياسة PUE، تحتاج تكنولوجيا التبريد إلى الترقية باستمرار للتحكم في درجة حرارة تشغيل الأجهزة الإلكترونية. سيتحول تبديد الحرارة على مستوى الرقاقة من الأنابيب الحرارية/VC إلى حلول تبريد 3DVC وألواح التبريد الأكثر كفاءة، مما يؤدي إلى الابتكار المستمر في تكنولوجيا تبريد الرقائق.
