डेटा केंद्रों में तरल शीतलन प्रौद्योगिकी क्रांति

एआई, क्लाउड कंप्यूटिंग और बड़े डेटा जैसी प्रौद्योगिकियों के अभिनव विकास के साथ, डेटा सेंटर और संचार उपकरण, सूचना बुनियादी ढांचे के रूप में, बढ़ती मात्रा में गणना कर रहे हैं। डेटा केंद्रों में कंप्यूटिंग शक्ति की तेजी से वृद्धि के साथ, एकल अलमारियों की शक्ति घनत्व में वृद्धि हुई है, जो गर्मी अपव्यय दक्षता पर उच्च मांग रखती है। दूसरी ओर, "दोहरी कार्बन" नीति के तहत, डेटा केंद्रों को, "प्रमुख ऊर्जा उपभोक्ताओं" के रूप में, प्रशीतन प्रणाली की बिजली खपत को कम करने के लिए अपने PUE संकेतकों को लगातार कम करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, पारंपरिक वायु शीतलन अब उपरोक्त ताप अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है, और तरल शीतलन तकनीक उभरी है।

10 साल पहले बाज़ार में उपलब्ध शीर्ष डेटा सेंटर GPU NVIDIA K40 था, जिसकी थर्मल डिज़ाइन पावर (TDP) 235W थी। जब NVIDIA ने 2020 में A100 जारी किया, तो TDP 400W के करीब था, और नवीनतम H100 चिप के साथ, TDP 700W तक बढ़ गया। एकल उच्च-प्रदर्शन एआई चिप की थर्मल डिज़ाइन बिजली खपत 1000W तक पहुंच गई है। ऐसा समझा जाता है कि इंटेल एक चिप विकसित कर रहा है जो 1.5 किलोवाट तक पहुंच सकती है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता में प्रतिस्पर्धा अंततः कंप्यूटिंग शक्ति में प्रतिस्पर्धा तक सीमित हो जाती है, और उच्च कंप्यूटिंग चिप्स के लिए एक बड़ी बाधा उनकी गर्मी अपव्यय क्षमता है। जब चिप की टीडीपी 1000W से अधिक हो जाती है, तो तरल शीतलन तकनीक अपनाई जानी चाहिए।

तरल शीतलन तकनीक कंप्यूटर कक्षों में उच्च-घनत्व परिनियोजन और स्थानीय ओवरहीटिंग की समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल कर सकती है, जिनमें से विसर्जन तरल शीतलन में गर्मी अपव्यय और ऊर्जा की बचत में उत्कृष्ट फायदे हैं। विसर्जन तरल शीतलन एक विशिष्ट प्रत्यक्ष संपर्क तरल शीतलन विधि है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शीतलन तरल में डुबोया जाता है, और उत्पन्न गर्मी को सीधे शीतलन तरल में स्थानांतरित किया जाता है और तरल के संचलन के माध्यम से संचालित किया जाता है। विसर्जन तरल शीतलन को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन और चरण परिवर्तन विसर्जन तरल शीतलन, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उपयोग किए जाने वाले शीतलन तरल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के शीतलन के दौरान राज्य परिवर्तन से गुजरेगा या नहीं। एकल-चरण का लाभ यह है कि परिनियोजन लागत और शीतलन माध्यम लागत कम है, और शीतलक अतिप्रवाह का कोई जोखिम नहीं है; चरण परिवर्तन का लाभ इसकी उच्च ताप अपव्यय क्षमता और सीमा में निहित है, लेकिन लागत और तकनीकी परिपक्वता के मामले में यह अभी भी एकल चरण से पीछे है।

एकल चरण विसर्जन शीतलन कुशल और विश्वसनीय थर्मल प्रबंधन चाहने वाले डेटा केंद्रों के लिए एक आकर्षक समाधान प्रदान करता है। इस विधि में, आईटी घटकों को विशेष रूप से तैयार किए गए इन्सुलेट तरल में पूरी तरह से डुबोया जाता है। यह तरल दो-चरण विसर्जन शीतलन के समान, सीधे सर्वर से गर्मी को अवशोषित करता है। दो-चरण प्रणालियों के विपरीत, एकल-चरण शीतलक उबलता नहीं है या चरण संक्रमण से नहीं गुजरता है। यह पूरी शीतलन प्रक्रिया के दौरान तरल बना रहता है। गर्म इंसुलेटिंग तरल शीतलन वितरण इकाई (सीडीयू) के अंदर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रसारित होता है। यह हीट एक्सचेंजर थर्मल ऊर्जा को एक स्वतंत्र शीतलन माध्यम, आमतौर पर एक बंद-लूप जल प्रणाली में स्थानांतरित करता है। ठंडा किए गए इन्सुलेट तरल को शीतलन चक्र को पूरा करने के लिए विसर्जन टैंक में वापस पंप किया जाता है।

दो-चरण विसर्जन शीतलन प्रणाली में, इलेक्ट्रॉनिक घटकों को एक इंसुलेटेड गर्मी संचालित तरल स्नान में डुबोया जाता है, जिसमें हवा, पानी या तेल की तुलना में बहुत बेहतर तापीय चालकता होती है। दो-चरण विसर्जन तरल शीतलन के बीच अंतर यह है कि शीतलक एक चरण संक्रमण से गुजरता है। दो-चरण विसर्जन तरल शीतलन का गर्मी हस्तांतरण पथ मूल रूप से एकल-चरण विसर्जन तरल शीतलन के समान है, मुख्य अंतर यह है कि द्वितीयक पक्ष शीतलक केवल विसर्जन कक्ष के आंतरिक क्षेत्र में घूमता है, शीर्ष के साथ विसर्जन कक्ष गैसीय क्षेत्र है और निचला भाग तरल क्षेत्र है; आईटी उपकरण पूरी तरह से कम क्वथनांक वाले तरल शीतलक में डूबा हुआ है, जो उपकरण से गर्मी को अवशोषित करता है और उबलता है। वाष्पीकरण द्वारा उत्पन्न उच्च तापमान वाला गैसीय शीतलक, अपने कम घनत्व के कारण, धीरे-धीरे विसर्जन कक्ष के शीर्ष पर इकट्ठा होता है और शीर्ष पर स्थापित कंडेनसर के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, जो कम तापमान वाले तरल शीतलक में संघनित होता है। फिर यह गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत चैम्बर के निचले हिस्से में वापस प्रवाहित होता है, जिससे आईटी उपकरण के लिए गर्मी अपव्यय प्राप्त होता है।

गर्मी अपव्यय प्रौद्योगिकी के अभिनव विकास की प्रक्रिया में, चाहे वह चिप्स हो या इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, उत्पादों की मात्रा, डिजाइन लागत, विश्वसनीयता और अन्य पहलू ऐसी सीमाएँ हैं जिनसे उद्यम बच नहीं सकते हैं। ये भी ऐसी समस्याएं हैं जिनका ताप अपव्यय प्रौद्योगिकी को संतुलन और समाधान करना होगा। वर्तमान पैटर्न के लिए इष्टतम समाधान खोजने के लिए, विभिन्न गर्मी अपव्यय सामग्री, प्रौद्योगिकियों और अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उत्पादों को विकसित करने के लिए विभिन्न संयोजन प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जा सकता है।