Technischer Experte von Dell: Beim Vergleich von fünf Server-Wärmemanagementtechnologien ist einphasiges DLC effektiver

Kürzlich enthüllte Dr. Tim Shedd, ein Dell-Technologieexperte, bei einem von DCD organisierten technischen Vortrag den Leistungsvergleich von fünf Server-Wärmemanagementtechnologien in einer Präsentation mit dem Titel „Leistungsvergleich von fünf Server-Wärmemanagementtechnologien“. Zu den führenden Kühltechnologien für Rechenzentren, die in der Forschung untersucht wurden, gehören Luftkühlung, einphasiges Eintauchen, zweiphasiges Eintauchen, zweiphasige direkte Flüssigkeitskühlung und einphasige direkte Flüssigkeitskühlung (DLC, Kühlplatte).

Untersuchungen von Dell zeigen, dass die einphasige direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) im Vergleich zu den anderen vier Kühlmethoden für Rechenzentren die höchste thermische Effizienz aufweist und einen potenziellen Weg zu mehr Nachhaltigkeit und höherer Effizienz bietet.

Der Bericht stellt fest, dass die Leistung von CPU- oder GPU-Chips bis 2025 voraussichtlich bis zu 500 W erreichen wird, wobei künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen die GPU-Leistung auf 700 W und einen erwarteten zukünftigen Anstieg auf 1000 W steigern werden.

Noch wichtiger ist, dass mit steigender Leistung eine Nachfrage nach niedrigeren Chip-Gehäusetemperaturen und kleineren Temperaturunterschieden besteht, um einen normalen Chipbetrieb sicherzustellen. Daher nehmen die Herausforderungen an Wärmemanagementsysteme zu.

Der Bericht verwendet typische Konfigurationsdaten von Rechenzentrumsservern, um ein vereinfachtes Wärmemodell zu erstellen, das die Anwendbarkeit dieser fünf Wärmemanagementtechnologien veranschaulicht, wenn die Prozessorleistung von 250 W auf 500 W steigt.

250-W-Prozessor

In den letzten Jahren, als die TDP des Prozessors etwa 250 W betrug, konnten alle fünf Wärmemanagementtechnologien typische Rechenzentrums-Racks effizient kühlen, beispielsweise solche mit 32 Rack-Servern mit 250 W und zwei Sockeln. Bei einem 2U-Rack-Server betrug der Temperaturunterschied zwischen der Chipverpackung und der durch den Server strömenden Luft etwa 26 Grad. Daher könnte die Chiptemperatur mit nur 25 Grad kühler Luft bei etwa 51 Grad gehalten werden, was durchaus angemessen ist.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Effizienz der Einzelserver-Luftkühlung mit der einphasigen Tauchkühlung vergleichbar.

Bei der Zweiphasen-Tauchkühlung beträgt der Temperaturunterschied zwischen Chipverpackung und Kühlflüssigkeit etwa 20 Grad, während bei der DLC-Technologie der Unterschied sogar noch geringer ist. Bei typischen Durchflussraten von 1 l/min (1 Liter pro Minute) oder 2 l/min (2 Liter pro Minute) bleibt der Temperaturunterschied zwischen der DLC-Kühlplattenbasis und der Chipverpackung in einem Bereich von 10 Grad.

350-W-Prozessor

Da die Leistung der einzelnen Prozessoren derzeit auf 350 bis 400 W erhöht wird, steigt der Temperaturunterschied, der zur Ableitung der Chipwärme an das Kühlwasser der Anlage erforderlich ist, weiter an.

Bei einem Schrankkühlungseinsatz mit 32 Rack-Servern mit 350 W und zwei Sockeln übersteigt der Temperaturunterschied zwischen Luftkühlung (1 HE) und Chipgehäuse 50 Grad. Das bedeutet, dass die Kühlung des Servers mit 25 Grad kalter Luft zu einer Prozessortemperatur von etwa 75 Grad führen würde, was nahe an der Betriebstemperaturgrenze des Prozessors liegt.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Wirksamkeit der einphasigen Tauchkühlung mit der Luftkühlung (1U) vergleichbar, während die Luftkühlung (2U) einen Temperaturunterschied zwischen Luft und Chip von etwa 38 Grad aufrechterhalten kann.

Darüber hinaus beträgt der Temperaturunterschied zwischen der zweiphasigen Immersionskühlflüssigkeit und der Chipverpackung etwa 25 Grad, während einphasiger DLC und zweiphasiger DLC weiterhin hocheffizient sind. Der Temperaturunterschied zwischen Zweiphasen-DLC und Chip beträgt etwa 15 Grad, und bei einer Durchflussrate von 1 l/min beträgt der Temperaturunterschied für Einphasen-DLC etwa 11 Grad.

Es ist offensichtlich, dass mit der Erhöhung der Prozessorleistung auf 350 W-400W die Luftkühlung an praktische Grenzen stößt, kältere Luft erfordert und den Kühlenergieverbrauch erhöht.

500W

In den nächsten zwei bis drei Jahren wird erwartet, dass die TDP des Prozessors im Allgemeinen auf 500 W ansteigt, was erhebliche Herausforderungen für die Luftkühlung mit sich bringt. Erforderlich sind innovative Kühlerdesignmethoden oder der Einsatz größerer Größen, damit mehr Luft eindringen und den Prozessor kühlen kann.

Zu diesem Zeitpunkt übersteigen die Luftkühlung (1U), die einphasige Tauchkühlung und der Temperaturunterschied zwischen den Chipverpackungen 60 Grad. Die Zweiphasen-Tauchkühlung bleibt wirksam, die Differenz steigt jedoch auf etwa 34 Grad. Die Temperaturunterschiede zwischen zweiphasigem DLC und einphasigem DLC (1 l/min) sind ähnlich, etwa 25 Grad, während einphasiger DLC (2 l/min) einen geringeren Unterschied aufweist, etwa 17 Grad.

Es ist erwähnenswert, dass die Hochtemperatur-Wasserkühlung im Bereich von 48 bis 50 Grad in dieser Phase echte Chancen für die Wiederverwendung von Wärmeenergie bieten kann.

Zusammenfassung

Luftkühlung:

Die steigende Prozessor-TDP stellt die Luftkühlung vor wachsende Herausforderungen.

Fortschritte bei Kühlern und Lüftern können Grenzen überschreiten.

In der Regel gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Auswirkungen der Prozessorwärme auf andere Komponenten.

DLC-Kühlung:

Die einphasige Kühlung übersteigt die TDP von 500 W bei weitem.

Zweiphasen-DLC kann hohe TDP kühlen, allerdings gibt es Probleme mit dem Dampfströmungswiderstand, die angegangen werden müssen.

Fortschritte im Systemdesign oder in der Fluidtechnologie können die Zweiphasen-DLC verbessern.

Tauchkühlung:

Wachsende Herausforderungen mit hoher TDP.

Fortschritte in der Kühler- und Flüssigkeitstechnologie können Grenzen überschreiten.

Der Zweiphasenbetrieb wird durch den Siedepunkt der Flüssigkeit und die Leistung des Kondensators begrenzt.

 

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FAQ
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2. F: Können Sie einen OEM/ODM-Service anbieten?
A: Ja, OEM/ODM sind verfügbar.

3. F: Gibt es ein MOQ-Limit?
A: Nein, wir richten kein MOQ ein, Prototypenmuster sind verfügbar.

4. F: Wie lange dauert die Produktion?
A: Für Prototypenmuster beträgt die Vorlaufzeit 1-2 Wochen, für die Massenproduktion beträgt die Vorlaufzeit 4-6 Wochen.

5. F: Kann ich Ihre Fabrik besichtigen?
A: Ja, willkommen bei Sinda Thermal.