एआई डेटा केंद्रों में तरल शीतलन और गर्मी अपव्यय प्रौद्योगिकी का विश्लेषण

जेनरेटिव एआई और विभिन्न बड़े मॉडल हमारे लिए बिल्कुल नया एप्लिकेशन अनुभव लाते हैं, और कंप्यूटिंग शक्ति पर उच्च मांग भी रखते हैं। डेटा सेंटर ऑपरेशन प्रबंधकों के लिए, जीपीयू सर्वर की पावर घनत्व में उल्लेखनीय वृद्धि के कारण, डेटा केंद्रों के प्रशीतन उपकरण और प्रौद्योगिकी पर उच्च आवश्यकताएं रखी गई हैं। इसलिए, कंप्यूटिंग शक्ति पर ध्यान केंद्रित करने के अलावा, वे डेटा सेंटर बिजली की खपत और शीतलन के कारण होने वाले विभिन्न मुद्दों पर भी अधिक ध्यान देते हैं।

एआई कंप्यूटिंग शक्ति की मजबूत मांग से प्रेरित होकर, डेटा केंद्रों में जीपीयू सर्वरों की संख्या में काफी वृद्धि हुई है, जिससे बिजली की खपत के मुद्दे तेजी से बढ़ रहे हैं। हम जानते हैं कि डेटा सेंटरों में एयर-कूल्ड सिंगल कैबिनेट की अधिकतम कुल शक्ति 15kW है। समान रैक अप दर के साथ, GPU सर्वर द्वारा लाई गई बिजली वृद्धि एकल कैबिनेट की सीमा तक पहुंच गई है। हालाँकि, GPU की बिजली खपत अभी भी लगातार बढ़ रही है। उच्च बिजली खपत और उच्च घनत्व परिदृश्यों के सामने, पारंपरिक वायु शीतलन स्पष्ट रूप से ऊर्जा खपत और गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करने में असमर्थ है। अपनी अति-उच्च ऊर्जा दक्षता और अति-उच्च ताप घनत्व के साथ तरल शीतलन तकनीक, बुद्धिमान कंप्यूटिंग केंद्रों में तापमान नियंत्रण समाधान के लिए एक आवश्यक विकल्प बन गई है।

पारंपरिक एयर-कूल्ड डेटा केंद्रों में, उपकरण को ठंडा करने और गर्मी अपव्यय के लिए ऊर्जा की खपत 40% तक होती है, और गर्मी अपव्यय दक्षता अधिक नहीं होती है। इसकी सीमाओं के कारण, डेटा केंद्रों में पारंपरिक वायु शीतलन को आम तौर पर 8-10kW के एकल कैबिनेट घनत्व के साथ डिज़ाइन किया गया है। तरल शीतलन तकनीक की तापीय चालकता हवा की तुलना में 25 गुना होने और हवा की समान मात्रा की तुलना में लगभग 3000 गुना अधिक गर्मी ले जाने के कारण, यह आसानी से 30 किलोवाट से अधिक का एकल कैबिनेट घनत्व प्राप्त कर सकता है। इसलिए, यह बहुत सारी जगह बचा सकता है, एकल डेटा सेंटर में कैबिनेट की तैनाती घनत्व में और सुधार कर सकता है, और डेटा सेंटर इकाई क्षेत्र की उपयोग दर में सुधार कर सकता है।
हालाँकि, लिक्विड कूलिंग उद्योग में वर्तमान में कोई एकीकृत तकनीक और निर्माण मानक नहीं है, और पारंपरिक एयर-कूल्ड कूलिंग की तुलना में, लिक्विड कूलिंग डेटा केंद्रों की निर्माण लागत अभी भी बहुत अधिक है। तरल शीतलन प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास और एकीकृत प्रौद्योगिकी और निर्माण मानकों की कमी ने बाद के प्रबंधन और रखरखाव के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां ला दी हैं।

वर्तमान में, मुख्य तरल शीतलन प्रौद्योगिकियों में कोल्ड प्लेट तरल शीतलन प्रणाली द्वारा प्रस्तुत अप्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक और विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली द्वारा प्रस्तुत प्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक शामिल है। दोनों के बीच ऊष्मा अपव्यय डिज़ाइन में अंतर के कारण, ऊष्मा अपव्यय दक्षता में भी महत्वपूर्ण अंतर हैं।

अप्रत्यक्ष ताप अपव्यय तकनीक सीपीयू, मेमोरी, जीपीयू, हार्ड ड्राइव और अन्य मीडिया जैसे कोल्ड प्लेट्स की सतहों से संपर्क करके, गर्मी को दूर करने के लिए शीतलक के प्रवाह का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। कोल्ड प्लेट और अन्य मीडिया के अलावा, अप्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक में हीट एक्सचेंजर्स, पाइपलाइन, पंप, शीतलक और नियंत्रण प्रणाली जैसे घटक भी शामिल हैं। कोल्ड प्लेट तरल शीतलन प्रणाली अप्रत्यक्ष तरल शीतलन प्रौद्योगिकी का मुख्य समाधान बन गई है। अप्रत्यक्ष तरल शीतलन प्रौद्योगिकी का मुख्य लाभ यह है कि इसमें मौजूदा सर्वर के रूप को बदलने की आवश्यकता नहीं होती है, इसमें कम डिजाइन तकनीकी कठिनाई, अपेक्षाकृत कम तैनाती कठिनाई और बाद के संचालन और रखरखाव प्रबंधन में अपेक्षाकृत कम कठिनाई होती है। इसके अलावा, शीतलन माध्यम के रूप में एथिलीन ग्लाइकॉल जलीय घोल के उपयोग के कारण लागत कम होती है।
नुकसान यह है कि गर्मी अपव्यय दक्षता अपेक्षाकृत कम है, और बड़ी संख्या में घटकों के कारण विफलता दर अपेक्षाकृत अधिक है। वर्तमान में, कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम अधिकांश डेटा केंद्रों के लिए पसंदीदा समाधान बन गया है।

डायरेक्ट लिक्विड कूलिंग तकनीक सीपीयू, जीपीयू, मदरबोर्ड, मेमोरी इत्यादि और कूलेंट के बीच सीधे संपर्क को संदर्भित करती है, जो गर्मी को अवशोषित करने और दूर ले जाने के लिए सीधे हार्डवेयर सतह से बहती है। वर्तमान में, प्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक में विसर्जन तरल शीतलन प्रणाली और स्प्रे तरल शीतलन प्रणाली शामिल हैं। इस पर निर्भर करते हुए कि शीतलन माध्यम में चरण परिवर्तन होता है या नहीं, इसे एकल-चरण विसर्जन और चरण परिवर्तन विसर्जन में विभाजित किया जा सकता है।
अप्रत्यक्ष गर्मी लंपटता प्रौद्योगिकी की तुलना में, प्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक में तरल और गर्मी स्रोत के बीच कोई मध्यवर्ती प्रवाहकीय माध्यम नहीं होता है, और गर्मी को सीधे तरल में स्थानांतरित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च गर्मी अपव्यय दक्षता होती है। हालाँकि, संपूर्ण डेटा सेंटर को फिर से डिज़ाइन करने और बदलने की आवश्यकता के कारण प्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक को तैनात करना अधिक कठिन और महंगा है। वर्तमान में, प्रत्यक्ष तरल शीतलन तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से उन परिदृश्यों में किया जाता है जिनके लिए उच्च ताप अपव्यय दक्षता की आवश्यकता होती है।

वर्तमान में, जैसे-जैसे कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग सिस्टम अधिक परिपक्व होता जाता है, यह मुख्यधारा की लिक्विड कूलिंग तकनीक बन जाएगी जो सबसे पहले डेटा केंद्रों में प्रवेश करती है। लागत, संचालन और रखरखाव, सुरक्षा और अन्य मुद्दे जो कोल्ड प्लेट लिक्विड कूलिंग तकनीक के लोकप्रियकरण को प्रभावित करते हैं, उन्हें भी प्रौद्योगिकी के विकास और मानकीकरण के साथ हल किया जाएगा।
प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, उच्च-घनत्व वाले नए डेटा केंद्रों में डूबे हुए तरल शीतलन प्रणालियों का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाएगा, जिससे डेटा केंद्रों की गर्मी अपव्यय दक्षता में सुधार होगा और कंप्यूटिंग शक्ति के स्तर में उल्लेखनीय वृद्धि होगी।