Řešení kapalinového chlazení pro datová centra AI – Analýza přínosů kapalinového chlazení

 

Ⅰ Výhody kapalinového chlazení

 

Aby byl zajištěn hladký a efektivní provoz dnešních datových center, mnoho zařízení vyžaduje řešení chlazení. S nástupem umělé inteligence a velkých dat vzrostlo množství dat, která je třeba zpracovat, což vedlo ke zvýšení tepla generovaného vysoce výkonným zpracováním. Některé výhody přechodu na řešení kapalinového chlazení zahrnují:

 

1. Přechod z klimatizace na účinnější kapalinové chlazení může snížit provozní náklady o více než 40 %

• Přechod z chlazení vzduchem na chlazení kapalinou může ušetřit energii.
• Snížením provozu systémových ventilátorů se šetří další energie.
• Doba návratnosti investice do zařízení je v průměru jeden rok, což zvyšuje návratnost investic (ROI).

 

2. Účinnost kapalinového chlazení výrazně zlepšuje efektivitu využití energie (PUE) pro vysoce výkonné, vysoce výkonné CPU a GPU

• Kapalina je ze své podstaty účinnější při odstraňování tepla, až 1000krát účinnější než chlazení vzduchem.
• Vzhledem k tomu, že vzduchové chlazení již nebude splňovat budoucí požadavky na chlazení CPU a GPU, může se kapalinové chlazení stát nutností.
• Podporuje servery s nejvyšším výkonem a nejvyšší hustotou, čímž zvyšuje výpočetní výkon na čtvereční stopu.

 

3. Snížení nákladů a dopadu na životní prostředí

• Kapalinové chlazení snižuje spotřebu energie a snižuje emise uhlíku z elektráren na fosilní paliva. Snižování dopadu dnešních datových center na životní prostředí se stává odpovědností společnosti.
• Kapalinové chlazení navíc snižuje chvění třísek. Když se CPU nebo GPU přehřeje nebo se blíží maximální provozní teplotě, implementuje opatření ke snížení výkonu, známá jako „tepelné omezení“, aby se zabránilo poškození čipu. Tepelné omezení má za následek snížení výkonu systému, což ovlivňuje rychlost zpracování aplikací.

 

▲ Snížení nákladů a dopadu kapalinového chlazení na životní prostředí

 

 

Konkrétně se omezení čipů může projevit dvěma způsoby:

1. Snížení rychlosti hodin: CPU nebo GPU sníží svou provozní rychlost, tj. sníží frekvenci hodin. Výsledkem je snížení zátěže, kterou CPU nebo GPU zvládnou za cyklus hodin, a generuje méně tepla.

2. Deaktivace některých jader: U některých vícejádrových CPU mohou být některá jádra deaktivována, aby se snížilo vytváření tepla. Celkový výkon sice klesá, ale zbývající aktivní jádra generují méně tepla.

 

Tato škrtící opatření jsou ochrannými akcemi, které zabraňují přehřátí CPU. Přehřátí nejen ovlivňuje výkon, ale může také zkrátit životnost zařízení a dokonce způsobit poškození. Proto je zásadní zajistit, aby CPU a další hardware fungovaly ve vhodném teplotním rozsahu.

 

▲ Servery pro kapalinové chlazení

 

 

Ⅱ Glosář

 

Efektivita využití energie (PUE)

PUE neboli Power Usage Effectiveness je standardní metrika pro měření energetické účinnosti datového centra. Je definován jako poměr celkové spotřeby energie datového centra ke spotřebě energie IT zařízení. Vzorec pro výpočet PUE je:

 

PUE=Celková spotřeba energie datového centra / spotřeba energie zařízení IT

 

Ideální hodnota PUE je 1.0, což znamená, že veškerou energii vstupující do datového centra využívají IT zařízení, aniž by došlo k plýtvání energií. Ve skutečnosti je však v důsledku faktorů, jako jsou chladicí systémy, osvětlení a energetická neefektivita, hodnota PUE obvykle vyšší než 1.0.

 

Kapalinové chlazení výrazně zlepšuje PUE datových center, zejména v následujících aspektech:

 

1. Efektivnější chlazení:Kapalinové chlazení je účinnější než tradiční chlazení vzduchem, dokáže rychleji odvádět teplo. To znamená, že k udržení stejné provozní teploty pro IT zařízení je potřeba méně energie.
2. Snížená spotřeba energie pomocných zařízení:Kapalinové chladicí systémy mohou snížit potřebu klimatizace a mnoha ventilátorů, které obvykle spotřebovávají významnou energii v systémech chlazení vzduchu. Snížením spotřeby energie těchto pomocných zařízení lze výrazně zlepšit celkové PUE datového centra.
3. Podpora výpočtů s vyšší hustotou:Kapalinové chlazení umožňuje umístit více serverů a výpočetních zařízení na menší prostor, čímž se zvyšuje výpočetní výkon na metr čtvereční. Tento výpočetní výkon s vysokou hustotou zvyšuje efektivitu IT zařízení bez zvýšení nároků na chlazení.
4. Nižší celková spotřeba energie:Vzhledem k tomu, že kapalinové chlazení je účinnější při odvodu tepla, snižuje se celková spotřeba energie na chlazení v datovém centru, což přímo ovlivňuje výpočet PUE a přibližuje se k 1.0.

 

U vysoce výkonných, vysoce výkonných CPU a GPU proto kapalinové chlazení výrazně zlepšuje PUE datového centra zvýšením účinnosti chlazení a snížením celkové spotřeby energie, díky čemuž je provoz datového centra šetrnější k životnímu prostředí a nákladově efektivnější.