#6 Liquid Cooling - chłodzenie cieczą infrastruktury IT

Cześć! Witajcie w kolejnym odcinku podcastu Cyfrowe Rozmowy. W obliczu dynamicznej rewolucji sztucznej inteligencji i coraz większych wymagań względem infrastruktury obliczeniowej, tradycyjne systemy chłodzenia powietrzem przestają być wystarczające. Wzrost mocy serwerów niezbędny do obsługi nowoczesnych modeli AI prowadzi do generowania ogromnych ilości ciepła, co stanowi poważne wyzwanie zarówno technologiczne, jak i ekologiczne. Chłodzenie cieczą to rozwiązanie, które zmienia zasady gry. Dzięki wyższej efektywności w odprowadzaniu ciepła pozwala na lepszą wydajność infrastruktury. Produkuje zużycie energii oraz znacząco ogranicza emisję dwutlenku węgla. Czy to jest przyszłość wszystkich centrów danych? W tym odcinku podcastu porozmawiamy z ekspertami z firmy Vertiv, Emilią Sadowską oraz Dominikiem Dziarczykowskim, którzy wyjaśnią jak działa chłodzenie cieczą, dlaczego jest kluczowo dla rozwoju nowych technologii i jakie korzyści niesie dla firm oraz środowiska.

Jest to rola, która polega na szerokim rozwijaniu rynku związanego z chłodzeniem cieczą. Obecnie przed naszymi oczami odbywa się kolejne rewolucje technologiczne. Licząc maszynę parową, elektryfikację, komputeryzację i przemysł 4.0, zbliżamy się do piątej rewolucji, która tak naprawdę będzie harmonijną współpracą człowieka i maszyny, która będzie oparta o narzędzie sztucznej inteligencji. Więc jak te zmiany wpływają na funkcjonowanie urządzeń, które napędzają ten postęp? Rewolucja AI niesie za sobą bardzo duże zapotrzebowanie na moc obliczeniową. A co za tym idzie, te sprzęty, które coraz więcej liczą, dużo więcej wytwarzają ciepła.

Tradycyjne projekty bardzo długo trwają, natomiast klienci oczekują dostępności zasobów obliczeniowych jak najszybciej, ponieważ to wspiera ich biznes. Dlatego też najnowsze trendy powodują konieczność podejścia do projektowania serwerowni modułowego. Nie mówimy już o data centers, tylko o AI factories, które będą środowiskami naturalnymi dla najnowszych kart obliczeniowych, dla akceleratorów. Tutaj wszyscy są świadomi tego, co Nvidia zaprezentowała na GTC, architektury Rubin i następcy, które w ciągu najbliższych kilku lat będą potrzebowały nawet ponad megawata prądu w jednej szafie rakowej.

Wspomnieliście kilka razy takie hasło Liquid Cooling, więc czym właśnie jest to chłodzenie cieczą? Liquid Cooling, tak jak sama nazwa wskazuje, można to przetłumaczyć jako Sam powiedziałeś chłodzenie cieczą i polega ono na tym, że zastępuje się medium, które do tej pory tradycyjnie było powietrzem, liquidem, czyli tą cieczą. I jest to woda, może być to naprawdę wiele rodzajów cieczy, ze względu na to, że ciecz, głównie woda, jest dużo bardziej ciepłochłonna w porównaniu z powietrzem. Ta względna zdolność przychwytywania ciepła jest nawet 4 tysiące razy Większa niż w przypadku powietrza. Dlatego, tak jak Dominik powiedział, te wszystkie nowe technologie, które wspierają AI, generują znacznie większą ilość ciepła przez znacznie mniejsze powierzchnie.

I po prostu, tak już jak również Dominik powiedział, nie da się tego w tym momencie odprowadzić powietrzem. Dlatego powstało coś takiego jak Liquid Cooling, zresztą technologia znana. która to jest znacznie wydajniejszą alternatywą w porównaniu z tradycyjnym chłodzeniem powietrznym, szczególnie właśnie w przypadkach odbierania ciepła z serwerów AI, HPC, ogólnie do high performance computing. I w przypadku raków, które mają powyżej 40-60 kW już należy rozważać przejście z air cooling na liquid cooling. W przypadku mniejszych obciążeń na raka Tradycyjnie jest to około 16-18 kW.

Tutaj pojawia się taki termin jak heat flux, który powoduje, że ciecz zamiast efektywnie odbierać ciepło zmienia stan skupienia, więc może okazać się, że w najbliższej przyszłości będziemy obserwowali zwiększenie popularności typu dual phase. Czyli jeśli dobrze rozumiem, to za jakiś niedługi czas wszystkie serwerownie będą już w pełni chłodzone cieczą i technologia chłodzenia powietrzem, czyli ta tradycyjna, zostanie całkowicie zmarginalizowana. Czeka nas taka przyszłość? Możliwe. W tej chwili jeszcze nie. Większość serwerów, które obecnie są stosowane do AI i do tych high computing technologii,

No to mamy dokładnie taki sam układ jak przy tradycyjnych serwerowniach, które nie są zaprojektowane do technologii HPC czy AI. I w takich przypadkach można rozważyć zastosowanie na przykład rozwiązań hybrydowych. Kiedy łączymy technologię bezpośredniego chłodzenia cieczą z pośrednim chłodzeniem, np. używając drzwi chłodzonych cieczą, tzw. rear door heat exchangers, które są montowane na wylocie powietrza ciepłego w szafach rakowych i powietrze ciepłe przechodząc przez nie zostaje schłodzone do temperatury takiej, jaka jest w pomieszczeniu. Co za tym idzie, może można zaprojektować układy, które są prawie neutralne termicznie dla pomieszczeń datacenter.

Świetnie, Dominik, że wspomniałeś o tych drzwiach chłodzących RDHX, czyli Real Door Heat Exchanger. Jest to ciekawe rozwiązanie dlatego, bo jest ono również przeznaczone do rozwiązań HPC i AI-owych, tylko jest to taka odpowiedź powietrzna. Która może właściwie też stanowić samodzielny układ odbierający wysokie gęstości ciepli. A jak pod względem hydraulicznym wygląda takie układzenie cieczą? Mówimy teraz o tym direct-to-chip. Czyli cała szafa serwerowa jest wypełniona rurkami? No nie, cała szafa nie. Natomiast trzeba przewidzieć trochę więcej miejsca, ponieważ dodatkowe miejsce do przeprowadzenia instalacji hydraulicznej jest konieczne. W dużym uproszczeniu wygląda to w ten sposób, że w serwerach mamy zainstalowane coldplaty i one są umieszczone na komponentach, które produkują ciepło.

Są to rury, w których krąży ciecz doprowadzana bezpośrednio do serwerów. Taka sieć jest połączona z CDU . I CDU jest taką linią demarkacyjną pomiędzy układem wtórnym, czyli wewnątrz data center, a pierwotnym, czyli układem, który odprowadza ciepło na zewnątrz z budynku serwerowni czy też AI Factory. Więc tutaj mamy najczęściej dwa totalnie odseparowane obiegi. Pierwszy wewnętrzny lub wtórny, drugi Pierwotny zewnętrzny, który może być połączony z różnego rodzaju urządzeniami chłodniczymi typu chillery, drycoolery, cooling towers.

Jeśli chodzi o Liquid-to-Liquid, to maksymalnie 100 kW, nawet więcej. Ale nigdy więcej niż... 350 kW. A jeśli chodzi o Liquid to Liquid, to nawet ponad 2 MW. Dokładnie tak jest. I jeśli mówimy o CDU typu Liquid to Air, to najczęściej są one stosowane w serwerowniach, które były projektowane kilka czy kilkanaście lat temu, nie są przystosowane do chłodzenia cieczą. Najczęściej klienci używają ich do przetestowania, sprawdzenia, czy technologia typu Liquid Cooling jest odpowiednia dla nich. Natomiast w najnowszych serwerowniach, które są projektowane już stricte pod rozwiązania typu AI, HPC, czy rozwiązania, które wymagają chłodzenia cieczą, wtedy już infrastruktura jest do tego przystosowana, można doprowadzić wodę do

Zgadzam się Dominik, jeszcze chciałabym dodać, że jeśli chodzi o tę rewolucję AI, ona przyszła stosunkowo niedawno i nastała dosyć gwałtownie. Wcześniej serwerownie, nawet te wielkie dla dużych graczy, były projektowane na tradycyjnym chłodzeniu powietrzem i one powstały w momencie tej zmiany. Więc istnieją serwerownie na świecie, w Europie, jak również w Polsce, które mają bardzo dużo kilowatów, ale są wciąż wykonane w tradycyjnej metodzie chłodzenia powietrzem. Właśnie w takich serwerowniach można doradzać chłodzenie 2R CDU.

Ogrzewanie Smart Cities. Naprawdę wiele przykładów wykorzystania tej technologii można znaleźć na całym świecie. A na podsumowanie, jakie najważniejsze korzyści płyną z wyboru cieczy jako technologii chłodzenia? Jest ich wiele. Ja mogę powiedzieć o takiej, która mi się najbardziej rzuca w oczy, dlatego że jestem specjalistką od wody lodowej. Więc jeśli chodzi o temperatury, to serwery, które są właśnie pod AI, pod HPC, działają na wyższych temperaturach niż te, które żeśmy stosowali przy chłodzeniu tradycyjnym powietrzem, bo powietrze musiało mieć znacznie niższą temperaturę niż teraz woda. I dzięki temu po prostu cały układ ma wyższe temperatury. No i dla mnie to oczywiście oznacza więcej free coolingu, jeśli chodzi o chillera.