С взрывным ростом вычислительной мощности ИИ и постоянным увеличением плотности мощности центров обработки данных традиционная технология воздушного охлаждения больше не может удовлетворить потребности в рассеивании тепла. Технология жидкостного охлаждения стала необходимостью благодаря своим преимуществам эффективного рассеивания тепла, энергосбережения и снижения потребления. В технологии жидкостного охлаждения конкуренция между холодной пластиной и погружением особенно острая. В этой статье будут проанализированы преимущества и недостатки этих двух технологий с точки зрения технических характеристик, сценариев применения, экономической эффективности и будущих тенденций, а также будут изучены их будущие доминирующие направления.

1- Сравнение технических характеристик: тип холодной пластины имеет сильную совместимость, а тип погружения имеет более высокую эффективность рассеивания тепла

a. Жидкостное охлаждение холодной пластиной: «реформатор» с плавным переходом

Сильная совместимость: нет необходимости значительно изменять структуру сервера, он совместим с инфраструктурой существующего центра обработки данных с воздушным охлаждением, с низкой стоимостью модификации и коротким циклом.

Высокая безопасность: охлаждающая жидкость не вступает в прямой контакт с электронными компонентами, риск утечки низок, и риск может быть дополнительно снижен за счет модульной конструкции (например, быстросменных соединений и избыточных труб).

Высокая зрелость: технология холодной пластины широко использовалась в таких сценариях, как совместные проекты Alibaba Cloud Qiandao Lake Data Center и Intel, на которые приходится 90% текущего рынка жидкостного охлаждения.

Ограничения: тип холодной пластины может охватывать только некоторые высокомощные компоненты (такие как ЦП и ГП), а остальное тепло по-прежнему должно полагаться на воздушное охлаждение для содействия рассеиванию тепла. Значение PUE обычно составляет 1,1–1,2, что немного выше, чем у иммерсионного типа.

б. Иммерсионное жидкостное охлаждение: «новатор» с эффективным теплоотводом

Иммерсионное жидкостное охлаждение полностью погружает сервер в изолирующий хладагент и обеспечивает полное рассеивание тепла устройства посредством прямого контакта. Его основные преимущества включают:

Чрезвычайная энергоэффективность: теплопроводность жидкости в 20–30 раз выше, чем у воздуха, PUE может быть всего 1,05, а эффективность рассеивания тепла увеличивается более чем в 3 раза.

Экономия места: объем системы охлаждения составляет всего 1/3 от объема воздушного охлаждения, а плотность мощности одного шкафа может достигать более 50 кВт, что подходит для сценариев с высокой плотностью, таких как суперкомпьютеры ИИ.

Тихое и экологически чистое: вентиляторы не требуются, шум снижается более чем на 90%, а загрязнение пылью отсутствует, что продлевает срок службы оборудования.

Проблемы: для погружения требуются индивидуальные серверы, стоимость охлаждающей жидкости составляет до 60% (например, фторированной жидкости), первоначальные инвестиции высоки, а экологичность необходимо улучшить.

2-Дифференциация сценариев применения: средне- и краткосрочный тип холодной пластины доминирует, долгосрочный потенциал типа погружения раскрывается

a. Тип холодной пластины: «рентабельный выбор» для преобразования запасов и строительства новых IDC

Реконструкция старых центров обработки данных: тип холодной пластины может быстро адаптироваться к существующей архитектуре с воздушным охлаждением, с коротким циклом преобразования и контролируемыми затратами. Например, модульное решение, разработанное Intel и Bih, снижает сложность развертывания за счет стандартизированной конструкции холодной пластины.

Сценарии средней и высокой плотности вычислительной мощности: тип холодной пластины уже поддерживает мощность 130–250 кВт на шкаф (например, графический процессор NVIDIA серии B), что соответствует большинству потребностей в обучении ИИ.

b. Тип погружения: «окончательное решение» для суперкомпьютеров и экологически чистых центров обработки данных

Вычислительная мощность сверхвысокой плотности: мощность шкафа следующего поколения чипов (например, серии NVIDIA Rubin) превысит 1000 кВт, и тип погружения станет единственным возможным решением.

Потребности в зеленой экономии энергии: PUE иммерсионного типа близок к 1,05, а эффективность рекуперации отработанного тепла достигает 90% (например, решение Lenovo), что соответствует целевой политике «двойного углерода».

c. Текущая рыночная ситуация

Тип холодной пластины доминирует на текущем рынке: в 2025 году тип холодной пластины составит 80%-90% рынка жидкостного охлаждения, а тип иммерсионного — менее 10%. Кроме того, были сформированы стандартизированные интерфейсы (например, конструкция холодной пластины OCP компании Intel), а решения от таких производителей, как Inspur и Sugon, обладают высокой совместимостью. Внутренний проект «East Data West Computing» требует, чтобы PUE новых центров обработки данных был ≤1,25, и тип холодной пластины стал первым выбором для перехода.

Погружной тип готов к использованию: решение Sugon Digital C8000 для иммерсионного фазового перехода достигло PUE 1.04, а центр обработки данных «Kirin» компании Alibaba Cloud подтвердил осуществимость однофазного иммерсионного типа. Мощные чипы, такие как графический процессор NVIDIA B200 (1000 Вт+), форсируют приложения иммерсионного типа, а плотность вычислительной мощности жидкостного охлаждения увеличивается на 30–50%. ЕС планирует запретить фторированные жидкости в 2028 году, а отечественные исследования и разработки охлаждающих жидкостей на основе углеводородного/силиконового масла ускоряются (например, серия «Kunlun» компании Sinopec).

3-Авторитетное мнение PK

Фракция холодной пластины: Холодная пластина является «ледоколом» популяризации жидкостного охлаждения и по-прежнему будет занимать 80% рынка жидкостного охлаждения в течение следующих пяти лет. Иммерсионный тип должен дождаться, пока энергопотребление чипа не превысит критическую точку.

Фракция иммерсии: Иммерсия с изменением фазы является окончательной формой жидкостного охлаждения, а холодная пластина — лишь переходным решением. Когда энергопотребление одного чипа превысит 800 Вт, иммерсия станет единственным выбором.

Нейтральная фракция: Дифференциация технических маршрутов отражает стратификацию спроса на вычислительную мощность. Холодная пластина обслуживает «Восточные данные», а иммерсия поддерживает «Западные вычисления». Двухпутевая параллельная разработка станет главной темой на следующие десять лет.

4-Возможности и стратегии отрасли

Стоимость и экологическая игра: Холодная пластина имеет краткосрочное преимущество, а иммерсионный тип должен снизить затраты, чтобы выйти из тупика.

Холодная пластина: Оптимизация материалов (медно-алюминиевый композит), повышение точности обработки (процесс предотвращения утечек) и продвижение модульной и стандартизированной конструкции.

Погружение: Разработка экономически эффективных охлаждающих жидкостей (например, однофазной иммерсионной жидкости), совместимых шкафов и сотрудничество с производителями микросхем для настройки решений охлаждения.

Технический резерв: Изучение двухфазной охлаждающей пластины и интеллектуальной системы мониторинга (например, динамической регулировки потока ИИ) для удовлетворения будущего спроса на высокую мощность.

5-Вывод

Краткосрочная перспектива (2025-2027): Холодная пластина доминирует в общих сценариях, а уровень проникновения иммерсии увеличивается до 15%-20%; Долгосрочная перспектива (2030+): Иммерсионный тип с изменением фазы становится основным в области высокой вычислительной мощности, а холодная пластина отступает на рынок средней и низкой плотности.

Выигрышная рука: Стоимость охлаждающей жидкости, скорость скачка энергопотребления микросхемы, международная политика защиты окружающей среды.

Мы будем регулярно обновлять технологии и информацию о тепловых проектах и оптимизации, и делиться этой информацией с вами для справки. Благодарим вас за интерес к компании Walmate.