La révolution technologique du refroidissement liquide dans les centres de données

Avec le développement innovant de technologies telles que l’IA, le cloud computing et le big data, les centres de données et les équipements de communication, en tant qu’infrastructures d’information, entreprennent une quantité croissante de calculs. Avec l'augmentation rapide de la puissance de calcul dans les centres de données, la densité de puissance des armoires individuelles a augmenté, ce qui impose des exigences plus élevées en matière d'efficacité de dissipation thermique. En revanche, dans le cadre de la politique du « double carbone », les datacenters, en tant que « grands consommateurs d'énergie », sont tenus de réduire continuellement leurs indicateurs PUE afin de diminuer la consommation électrique du système de réfrigération. Cependant, le refroidissement par air traditionnel ne peut plus répondre aux exigences de dissipation thermique ci-dessus, et la technologie de refroidissement liquide a émergé.

Le GPU haut de gamme pour centres de données disponible sur le marché il y a 10 ans était le NVIDIA K40, avec une puissance thermique de conception (TDP) de 235 W. Lorsque NVIDIA a sorti l'A100 en 2020, le TDP était proche de 400 W, et avec la dernière puce H100, le TDP est monté en flèche à 700 W. La consommation électrique de conception thermique d’une seule puce AI hautes performances a atteint 1 000 W. Il est entendu qu'Intel développe une puce pouvant atteindre 1,5 kW. La concurrence en matière d’intelligence artificielle se résume en fin de compte à une concurrence en matière de puissance de calcul, et l’un des principaux goulots d’étranglement des puces de calcul de pointe est leur capacité de dissipation thermique. Lorsque le TDP de la puce dépasse 1 000 W, la technologie de refroidissement liquide doit être adoptée.

La technologie de refroidissement liquide peut résoudre efficacement les problèmes de déploiement à haute densité et de surchauffe locale dans les salles informatiques, parmi lesquels le refroidissement liquide par immersion présente des avantages exceptionnels en termes de dissipation thermique et d'économie d'énergie. Le refroidissement par liquide par immersion est une méthode typique de refroidissement par liquide par contact direct, dans laquelle les appareils électroniques sont immergés dans un liquide de refroidissement et la chaleur générée est directement transférée au liquide de refroidissement et conduite par la circulation du liquide. Le refroidissement par liquide d'immersion peut être classé en deux types : le refroidissement par liquide d'immersion monophasé et le refroidissement par liquide d'immersion à changement de phase, selon que le liquide de refroidissement utilisé subira ou non un changement d'état lors du refroidissement des appareils électroniques. L'avantage du monophasé est que le coût de déploiement et le coût du fluide de refroidissement sont inférieurs et qu'il n'y a aucun risque de débordement du liquide de refroidissement ; L'avantage du changement de phase réside dans sa capacité et sa limite de dissipation thermique plus élevées, mais il reste encore à la traîne du monophasé en termes de coût et de maturité technologique.

Le refroidissement par immersion monophasé constitue une solution intéressante pour les centres de données recherchant une gestion thermique efficace et fiable. Dans cette méthode, les composants informatiques sont complètement immergés dans un liquide isolant spécialement formulé. Ce liquide absorbe directement la chaleur du serveur, à la manière d'un refroidissement par immersion biphasé. Contrairement aux systèmes biphasés, le liquide de refroidissement monophasé ne bout pas et ne subit pas de transitions de phase. Il reste liquide pendant tout le processus de refroidissement. Le liquide isolant chauffé circule à travers l'échangeur de chaleur à l'intérieur de l'unité de distribution de refroidissement (CDU). Cet échangeur de chaleur transfère l'énergie thermique à un fluide de refroidissement indépendant, généralement un système d'eau en boucle fermée. Le liquide isolant refroidi est ensuite pompé vers le réservoir d’immersion pour terminer le cycle de refroidissement.

Dans un système de refroidissement par immersion biphasé, les composants électroniques sont immergés dans un bain liquide isolé conducteur de chaleur, qui a une bien meilleure conductivité thermique que l'air, l'eau ou l'huile. La différence entre le refroidissement liquide par immersion biphasique est que le liquide de refroidissement subit une transition de phase. Le chemin de transfert de chaleur du refroidissement par liquide d'immersion biphasé est fondamentalement le même que celui du refroidissement par liquide d'immersion monophasé, la principale différence étant que le liquide de refroidissement du côté secondaire ne circule que dans la zone interne de la chambre d'immersion, le haut de la chambre d'immersion étant la zone gazeuse et le fond étant la zone liquide ; L'équipement informatique est complètement immergé dans un liquide de refroidissement à faible point d'ébullition, qui absorbe la chaleur de l'équipement et bout. Le liquide de refroidissement gazeux à haute température produit par vaporisation, en raison de sa faible densité, se rassemble progressivement au sommet de la chambre d'immersion et échange de la chaleur avec le condenseur installé au sommet, se condensant en un liquide de refroidissement à basse température. Il retourne ensuite au fond de la chambre sous l’action de la gravité, permettant ainsi une dissipation thermique pour les équipements informatiques.

Dans le processus de développement innovant de la technologie de dissipation thermique, qu'il s'agisse de puces ou d'appareils électroniques, le volume, le coût de conception, la fiabilité et d'autres aspects des produits sont des seuils que les entreprises ne peuvent éviter. Ce sont également des problèmes que la technologie de dissipation thermique doit équilibrer et résoudre. Différentes technologies combinées peuvent être utilisées pour développer des produits pour divers matériaux, technologies et scénarios d'application de dissipation thermique, afin de trouver la solution optimale pour le modèle actuel.