Points clés du refroidissement liquide dans l’évolution et les applications pratiques de la puissance de calcul de l’IA

 

 

Ces dernières années, avec le développement rapide de technologies telles que l’intelligence artificielle, le big data et les grands modèles, la demande en matière de refroidissement efficace n’a cessé d’augmenter. La technologie de refroidissement liquide a gagné en attention et en applications. De nombreuses entreprises renommées ont investi dans la recherche et l’application de la technologie de refroidissement liquide, favorisant ainsi son innovation et son développement continus. L'application de la technologie de refroidissement liquide se développe également progressivement dans des domaines tels que la communication 5G et l'informatique de pointe, apportant un soutien solide à leur croissance.

 

Selon les agences d'études de marché, le marché mondial du refroidissement liquide devrait maintenir une croissance rapide dans les années à venir, atteignant des milliards de dollars d'ici 2025. Sur le marché chinois, l'application de la technologie de refroidissement liquide augmente également progressivement et la taille du marché est devrait doubler dans les années à venir.

 

 

I Évolution de la puissance de calcul et du refroidissement

 

Dans l’évolution de la puissance de calcul, le refroidissement joue un rôle essentiel. Chaque avancée majeure en matière de puissance de calcul s’est souvent accompagnée d’améliorations en matière de technologie de refroidissement. Au début, le refroidissement par air était la principale méthode, utilisant des ventilateurs pour déplacer l’air et dissiper la chaleur. Il s'agit d'une méthode de refroidissement plus traditionnelle et courante.

 

À mesure que la puissance de calcul augmentait et que la production de chaleur augmentait, une technologie de refroidissement par caloduc plus efficace est apparue. Les caloducs transfèrent la chaleur par évaporation et condensation d’un fluide de travail, offrant une bonne conductivité thermique. La technologie de refroidissement liquide a progressivement pris de l'importance, absorbant et transférant efficacement la chaleur à travers le liquide en circulation, offrant ainsi une efficacité supérieure à celle du refroidissement par air. Alors que la demande informatique dans les systèmes hétérogènes, HPC et IA continue de croître, l'importance du refroidissement liquide devient de plus en plus évidente.

 

▲ Derrière l'évolution de la technologie de refroidissement se trouve la ltération continue de la technologie des puces.

 

L'emballage avancé est devenu une voie cruciale pour étendre la loi de Moore à mesure que les processus de semi-conducteurs approchent des limites physiques. Outre la réduction de la taille des dispositifs grâce aux technologies de traitement, le développement de nouveaux matériaux et l'amélioration des structures de circuits pour augmenter la densité des transistors, la modification des méthodes de conditionnement pour augmenter la capacité des circuits intégrés constitue également une orientation importante. Dans des scénarios tels que le packaging multi-puces 2.5D et 3D, qui améliorent les performances du système, le refroidissement liquide devient indispensable dans les solutions de refroidissement à haute efficacité à mesure que la puissance du système et la densité thermique augmentent dans les infrastructures de réseau informatique.

 

À mesure que la formation et l’inférence de l’IA reconstruisent les architectures de réseaux informatiques, le taux de croissance des paramètres des grands modèles est nettement plus rapide que celui de la mémoire GPU. Les systèmes à intégration élevée, à grande mémoire et multi-GPU sont mieux adaptés à la formation et à l'inférence de grands modèles. Avec l'augmentation significative de la densité des puces dans les armoires AIDC, l'évolution du refroidissement traditionnel vers un refroidissement liquide efficace est inévitable.

 

▲ Armoires AIDC

 

 

II Scénarios d'application et technologie du refroidissement liquide

 

Au niveau de la puce, lorsque la consommation électrique typique d'une puce dépasse 300 W, un refroidissement liquide est nécessaire pour garantir la libération de la puissance de calcul. Au niveau du système, la puissance des serveurs IA est passée du niveau de 10 kW à des dizaines de kW par armoire, créant un besoin urgent de pénétration du refroidissement liquide. Au niveau des centres de données, la seule façon de réduire le PUE IDC de plus de 1,5 à 1,2 est d'adopter le refroidissement liquide.

 

Actuellement, les solutions de refroidissement liquide les plus répandues en Chine comprennent les types de plaques froides, d'immersion et de pulvérisation, les plaques froides étant les plus largement utilisées.

 

 

▲ Types de plaques froides, d'immersion et de pulvérisation

 

▲ Plaque froide, immersion à changement de phase, immersion monophasée et refroidissement par pulvérisation

 

À mesure que les exigences en matière de performances informatiques augmentent, la technologie de refroidissement liquide joue un rôle crucial dans les scénarios d'application clés suivants :

1. Centres de données :Refroidissement des serveurs et autres équipements informatiques pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les coûts d'exploitation.

2. Supercalculateurs :Gérer des tâches informatiques à grande échelle pour garantir des performances et une stabilité élevées.

3. Intelligence artificielle :Formation et exécution de modèles d'apprentissage profond pour accélérer le calcul.

4. Dispositifs médicaux :Maintenir les équipements tels que les appareils IRM à des températures de fonctionnement.

5. Fabrication industrielle :Équipement de traitement de refroidissement pour améliorer l’efficacité de la production et la qualité des produits.

6. Véhicule électrique :Refroidissement des batteries pour prolonger la durée de vie de la batterie et améliorer la sécurité.

7. Aérospatiale :Electronique de refroidissement et composants du moteur.

8. Recherche :Refroidissement de divers équipements expérimentaux.

9. Ordinateurs de jeu :Fournir des solutions de refroidissement hautes performances.

10. Extraction de crypto-monnaie :Maintenir un fonctionnement efficace des équipements miniers.

 

 

III Tendances de développement dans la technologie de refroidissement liquide

 

Dans le contexte des économies d’énergie et de la réduction des émissions, les avantages de la technologie de refroidissement liquide deviennent progressivement apparents et plusieurs nouvelles tendances émergent :

1. Efficacité supérieure :Amélioration continue de l'efficacité du refroidissement pour répondre aux demandes informatiques croissantes.

2. Consommation d’énergie réduite :Réduire la consommation d’énergie grâce à une conception et des matériaux optimisés.

3. Applications plus larges :S'étendre à davantage de domaines tels que la communication 5G et l'informatique de pointe.

4. Gestion intelligente :Réaliser une surveillance et une gestion intelligentes des systèmes de refroidissement liquide.

5. Durabilité environnementale :Utilisation de liquides de refroidissement et de matériaux respectueux de l'environnement.

6. Conception intégrée :Intégration avec d'autres technologies pour améliorer les performances globales du système.

7. Réduction des coûts :Réduire les coûts à mesure que la technologie évolue et évolue.

8. Fiabilité améliorée :Améliorer la fiabilité et la stabilité globales des systèmes de refroidissement liquide.

9. Solutions personnalisées :Fournir des solutions de refroidissement liquide personnalisées pour différents scénarios d'application.

10. Récupération de chaleur :Explorer la réutilisation de la chaleur générée par les systèmes de refroidissement liquide.

 

 

IV Caractéristiques et scénarios d'application des technologies courantes de refroidissement liquide

 

▲ Caractéristiques et scénarios d'application des technologies courantes de refroidissement liquide

 

 

V La limite de la puissance de calcul est l'électricité

 

En ce qui concerne « East Data West Computation », étant donné qu'IDC/AIDC sont des industries à forte consommation d'énergie, associer la puissance de calcul à l'électricité est un besoin pratique. Selon Omdia 2020, la consommation électrique mondiale des centres de données représente 2 % de la consommation électrique totale de la société.

 

Le PUE est une norme importante pour évaluer la faisabilité économique et la consommation énergétique des projets IDC. « East Data West Computation » nécessite des niveaux de PUE des centres de données supérieurs aux normes actuelles (exigeant généralement un PUE d'environ 1,2 pour les projets nationaux). La clé pour atteindre les objectifs d’économie d’énergie réside dans les équipements d’économie d’énergie de contrôle de la température. « East Data West Computation » signifie une augmentation significative du niveau global de puissance de calcul de la Chine, et la demande d'équipements de refroidissement à contrôle de température et d'économie d'énergie augmentera en tandem.

 

PUE = Consommation d'énergie totale IDC/Consommation d'énergie des équipements informatiques

 

Consommation d'énergie de l'équipement informatique=puissance nominale par armoire × nombre d'armoires alimentées × 24 heures × nombre de jours par an × facteur de charge

 

 

VI Améliorer l'économie du refroidissement liquide

 

En décomposant la structure de coûts de l'AIDC, la pénétration du refroidissement liquide a déjà démontré sa viabilité économique, en raison de la densité de puissance plutôt que du seul coût du refroidissement liquide.

 

Du point de vue des investissements :les coûts de construction (coût de l'espace), de distribution d'énergie (capacité électrique) et d'équipement de gestion thermique (refroidissement par air ou refroidissement liquide) représentent la majorité de l'investissement initial (sans tenir compte des équipements TIC, part des coûts > 50 %).

 

Du point de vue des Opex :l'électricité et l'amortissement sont les principaux coûts opérationnels permanents (la part des coûts peut dépasser 80 %).

 

Le facteur essentiel pour mesurer l’économie du refroidissement liquide réside dans les économies d’électricité réalisées grâce à l’optimisation du PUE et à l’augmentation de la densité, et dans la mesure où celles-ci peuvent compenser l’investissement initial supplémentaire en équipement.

 

 

▲ Méthode d'amélioration de l'économie du refroidissement liquide

 

 

VII Le cadre logique de l'économie du refroidissement liquide

 

Dans les coûts de construction traditionnels d'IDC, la construction, la distribution d'énergie et la climatisation sont les principaux facteurs affectant la faisabilité économique du projet. À mesure que la densité de puissance des armoires augmente, l’influence des investissements en équipements électriques et des dépenses d’exploitation annuelles en électricité dans le modèle économique d’IDC s’est considérablement accrue.

 

 ▲ Le cadre logique de l'économie du refroidissement liquide

 

 

VIII Refroidissement liquide pour la puissance de calcul

 

À l’instar du système de puissance de calcul IA, le fonctionnement efficace et stable des systèmes de stockage d’énergie nécessite également des conditions strictes de température et d’humidité. La température affecte directement la capacité et la dégradation de l’efficacité de la batterie, et elle est directement liée aux incidents d’emballement thermique. Actuellement, les principales technologies de refroidissement pour le stockage d'énergie comprennent le refroidissement par air, le refroidissement par liquide, le refroidissement par caloduc et le refroidissement par changement de phase. Le refroidissement par air et par liquide est le courant dominant de l'industrie.

Selon China Energy Storage Network, le coût des batteries dans les systèmes de stockage d'énergie représente environ 55 %, les PCS représentent environ 20 %, les BMS et EMS combinés représentent environ 11 % et le coût de la gestion thermique varie entre 2-4 % selon la technologie de refroidissement choisie.

 

Avec la construction de stations de stockage d'énergie de grande capacité et à haute densité, telles que de nouvelles centrales électriques et de stockage hors réseau, pilotées par de grands groupes énergétiques et de grands intégrateurs de systèmes, la pénétration du refroidissement liquide dans le stockage d'énergie augmente. L’expansion du contrôle de la température du stockage d’énergie depuis le contrôle de température de précision IDC, le contrôle de la température industrielle et le contrôle de la température des véhicules à énergie nouvelle suggère des développements futurs possibles.

 

▲ Systèmes de stockage d'énergie

 

La concentration en aval de l’industrie du contrôle de la température du stockage d’énergie est élevée, avec un fort pouvoir de négociation et un fort levier de négociation. Une fois la qualification de l’offre établie, la relation est étroite, ce qui rend les avantages du premier arrivé importants. La certification des principaux fabricants de puces d’IA et de terminaux, ainsi que les capacités de service, constituent les principales barrières à l’entrée du refroidissement liquide dans la puissance de calcul.

 

L'application à grande échelle des systèmes de refroidissement par air et liquide dans le stockage d'énergie, ainsi que la croissance rapide de la demande, rendent les capacités de livraison de produits et le contrôle des coûts essentiels. Il est essentiel de réduire les coûts d’investissement dans les TIC et les IDC grâce à la fabrication et au contrôle des coûts.

 

À mesure que la capacité de stockage augmente, les demandes de personnalisation des produits se renforcent. Les systèmes de refroidissement liquide nécessitent une personnalisation élevée en termes de nombre de chemins d'écoulement, de débits et de vitesses d'écoulement, ce qui incite les clients à choisir des fabricants dotés de capacités de co-conception. Le segment des composants se concentre sur les produits standardisés avec des variations de performances significatives entre les produits, tandis que le segment des systèmes se concentre sur les produits non standard, nécessitant une compréhension de la technologie de gestion thermique et une connaissance des systèmes TIC et IDC.

 

 

Ⅸ Comment choisir la bonne technologie de refroidissement liquide

 

Le choix de la technologie de refroidissement liquide appropriée nécessite de prendre en compte les facteurs suivants :

 

1. Besoins de refroidissement :Déterminez les besoins en refroidissement de votre équipement ou système. Différentes applications et appareils ont des exigences de refroidissement variables, comme les ordinateurs hautes performances, les centres de données ou les PC de jeu, qui peuvent nécessiter des capacités de refroidissement plus puissantes.
2. Type de technologie :Comprendre les différents types de technologies de refroidissement liquide, telles que les types de plaques froides, d'immersion et de pulvérisation. Chaque technologie a ses caractéristiques et ses domaines d'application, nécessitant une sélection minutieuse en fonction des besoins spécifiques.
3. Coût:La technologie de refroidissement liquide implique généralement des coûts plus élevés, notamment des coûts d’équipement, d’installation et de maintenance. Choisissez une technologie adaptée à votre budget.
4. Espace requis :Les systèmes de refroidissement liquide nécessitent souvent un peu d'espace pour l'installation et le fonctionnement. Tenez compte de la taille et des contraintes d’espace de votre équipement.
5. Fiabilité et maintenance :Choisissez une technologie et des fournisseurs de refroidissement liquide fiables pour garantir la stabilité et la fiabilité du système. Comprendre les exigences de maintenance du système pour faciliter l'entretien quotidien et le dépannage.
6. Compatibilité:Assurez-vous que la technologie de refroidissement liquide est compatible avec votre équipement et vos composants sans endommager d'autres pièces.
7. Performance et efficacité :Comparez les performances et l'efficacité de refroidissement des différentes technologies de refroidissement liquide et choisissez celle qui répond à vos besoins.
8. Considérations environnementales et de sécurité :Tenez compte de l’impact environnemental et de la sécurité de la technologie de refroidissement liquide, en optant pour des liquides de refroidissement respectueux de l’environnement, non toxiques et ininflammables.
9. Assistance et services techniques :Choisissez un fournisseur qui offre un bon support technique et un bon service après-vente pour résoudre les problèmes rapidement.

 

En tenant compte de tous ces facteurs, vous pouvez choisir la technologie de refroidissement liquide la plus adaptée à vos besoins. Avant de prendre une décision, il est conseillé de consulter des fournisseurs professionnels de technologie de refroidissement liquide pour obtenir des informations et des recommandations plus détaillées.

 

À mesure que la technologie progresse, la technologie du refroidissement liquide deviendra plus mature et plus répandue, avec des applications en constante expansion. À l’avenir, le refroidissement liquide pourrait s’intégrer à l’IA et à l’IoT, conduisant à une gestion thermique plus intelligente. Le développement de la technologie de refroidissement liquide apportera davantage d’opportunités et de défis à diverses industries, nécessitant une innovation et une exploration continues.