Kupfer oder Aluminium, was besser für eine Flüssigkeitskühlungslösung geeignet ist
Mit der rasanten Entwicklung der Technologie der künstlichen Intelligenz, insbesondere in Bereichen wie Deep Learning und großen Sprachmodellen, ist der Bedarf an Rechenleistung erheblich gestiegen. Heutige KI-Modelle wie GPT-4o verfügen über Dutzende oder sogar Milliarden von Parametern und erfordern enorme Rechenressourcen für das Training. Das Training dieser Modelle erfordert eine große Anzahl von GPU- oder TPU-Clustern, die bei Volllast eine erhebliche Menge Wärme erzeugen. Darüber hinaus erfordern viele KI-Systeme einen kontinuierlichen Betrieb, um in Anwendungen Echtzeitreaktionen bereitzustellen. Diese Systeme werden normalerweise im Rechenzentrum oder auf Edge-Computing-Geräten eingesetzt, die ebenfalls mit einem hohen Stromverbrauch und Herausforderungen bei der Kühlung konfrontiert sind.
Mit der Weiterentwicklung der Chip-Technologie und dem schnellen Wachstum der Server-Rechenleistung ist der Bau großer Rechenzentren mit hoher Dichte und hohem Energieverbrauch zu einer notwendigen Entscheidung geworden, um Rechenleistung und Umweltvorschriften in Einklang zu bringen. Das Kühlsystem ist eine der wichtigen Infrastrukturen in Rechenzentren. Beim Betrieb von Rechenzentren mit hoher Dichte besteht bei der herkömmlichen Luftkühlung das Problem einer unzureichenden Wärmeableitung und eines erheblichen Energieverbrauchs. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie hat sich zur optimalen Lösung zur Reduzierung des PUE in Rechenzentren entwickelt und bietet bei 15 kW/Schrank und mehr wirtschaftliche Vorteile.
Die Flüssigkeitskühlplattentechnologie ist eine thermische Lösung, die die Wärme von Komponenten indirekt über eine Kühlplatte (einen geschlossenen Hohlraum aus Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer und Aluminium) auf eine in einer zirkulierenden Rohrleitung eingeschlossene Kühlflüssigkeit überträgt und diese dann kühlt Flüssigkeit, um die Hitze abzuführen.
Liquid Cold Plate ist die am frühesten eingesetzte Flüssigkeitskühlungsmethode mit hoher Reife und relativ niedrigem Preis. Forschungsdaten zufolge macht die Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung in China 90 % des Marktanteils aus. Die Flüssigkeitskühlung der Kaltplatte wird dadurch erreicht, dass die Kaltplatte fest am Heizelement befestigt wird und die Wärme vom Heizelement auf die Kühlflüssigkeit in der Kaltplatte übertragen wird. Es ist einfach, grob, aber effektiv. Die Durchdringungsrate der Flüssigkeitskühlungstechnologie in Rechenzentren wird im Jahr 2022 voraussichtlich bei etwa 5 bis 8 % liegen, wobei die Luftkühlung immer noch über 90 % des Marktanteils hält.
Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 400 W/mK und die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium etwa 235 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist viel höher als die von Aluminium. Daher können Kupferkühlplatten theoretisch die von Servern erzeugte Wärme schneller an das Kühlmittel übertragen und so eine effizientere Wärmeableitung erreichen. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium nicht so gut ist wie die von Kupfer, ist ihre Wärmeleitfähigkeit relativ hoch, was ausreicht, um den Wärmeableitungsbedarf der meisten flüssigkeitsgekühlten Server zu decken.
Die Dichte von Kupfer ist relativ hoch, etwa 8,96 g/cm³, was die Kupferkühlplatte relativ schwer macht. Dies kann gewisse Herausforderungen an den strukturellen Entwurf und die Installation des Servers mit sich bringen. Aluminium hat eine geringere Dichte von etwa 2,70 g/cm³ und ist damit deutlich leichter als Kupfer, sodass Aluminium-Kühlplatten einen deutlichen Gewichtsvorteil haben. Die geringe Dichte von Aluminium macht Aluminium-Kühlplatten leichter. Dies trägt nicht nur zur Reduzierung des Gesamtgewichts des Servers bei, sondern kann in gewissem Maße auch die strukturelle Festigkeit des Servers verbessern. Darüber hinaus ist Aluminium leichter, was sich positiv auf die Reduzierung des Gesamtgewichts der Server und die Senkung der Transport- und Installationskosten auswirkt.
Kühlplatten aus Kupfer und Aluminium haben ihre eigenen Vor- und Nachteile bei der Verwendung von flüssigkeitsgekühlten Servern. In Situationen, in denen die thermischen Anforderungen hoch sind und die Kosten nicht im Vordergrund stehen, sind Kupferkühlplatten möglicherweise besser geeignet; Im Streben nach Kosteneffizienz und geringem Gewicht könnten Kühlplatten aus Aluminium weitere Vorteile bieten. Die konkrete Auswahl muss umfassend auf der Grundlage der Anforderungen und Einschränkungen des spezifischen Anwendungsszenarios berücksichtigt werden. Wenn wir die spezifischen Situationen wie Wärmebelastung, Budget, Gewichtsbeschränkungen usw. im Anwendungsszenario genau verstehen, kann uns das dabei helfen, genauere Entscheidungen zu treffen.
