소식

Aug 08, 2023

단상 대 2상

칩의 열 설계 전력(TDP)이 지속적으로 증가함에 따라 기존의 공냉식 방식은 최신 하이퍼스케일 데이터 센터의 냉각 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 결과적으로,

칩의 열 설계 전력(TDP)이 지속적으로 증가함에 따라 기존의 공냉식 방식은 최신 하이퍼스케일 데이터 센터의 냉각 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다.

결과적으로, 액체 냉각은 액체의 높은 비열 용량으로 인해 유망한 솔루션으로 떠올랐습니다.

액체 냉각은 크게 단상 액체 냉각과 2상 액체 냉각의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 이 둘의 차이점은 냉각 과정에서 상 변화가 발생하는지 여부에 있습니다.

2단계 냉각은 더 높은 냉각 용량을 제공하지만 더 높은 비용 및 규제 문제와 같은 여러 가지 과제도 제시합니다.

2상 냉각수는 전체 전자 부품이 냉각수에 잠기는 침지 냉각과 냉각수가 칩과 직접 접촉하는 직접 칩 냉각에 모두 사용됩니다.

단상 냉각판 냉각에서는 물 글리콜과 같은 냉각제가 사용되며, 이는 냉각수 분배 장치(CDU)에 의해 냉각판 내부에서 순환됩니다.

냉각수는 열원(예: GPU)을 통과할 때 대류를 통해 열을 흡수합니다. 반면, 2상 냉각판 또는 증발기는 끓는점이 낮은 유전체 냉매를 사용합니다. 2상 냉각에서는 주로 냉매의 상변화 동안 잠열을 통해 열흡수가 발생합니다.

단상 냉각과 달리 2상 냉각판은 순환을 위해 펌프와 CDU에 의존하지 않고 대신 온도 제어 자체 조절을 사용하므로 움직이는 구성 요소가 없기 때문에 유지 관리가 더 쉽습니다.

또한 대부분의 2상 냉각수는 부식성이 없으므로 랙 매니폴드 및 냉각판 하우징에 대한 재료 선택 범위가 더 넓어지고 유지 관리 요구 사항이 줄어듭니다.

그러나 일부 2상 냉매에는 유기 불소 성분이 포함되어 있어 지구 온난화 가능성과 환경 영향에 대한 우려가 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

2025년 말까지 3M과 같은 회사에서 특정 폴리플루오로알킬 물질(PFAS) 제조를 중단하면 2단계 냉각판과 2단계 침수 냉각 모두에 영향을 미칠 것입니다.

단상 냉각판의 경우 압력 강하는 중요한 매개변수입니다. CDU는 매니폴드와 빠른 분리 장치를 통해 냉각수를 펌핑하며, 압력 강하가 고르지 않으면 여러 냉각판 간의 유량이 달라져 냉각이 고르지 않게 될 수 있습니다.

이론적으로는 무한한 냉각 용량을 달성하기 위해 유량을 수동으로 제어할 수 있지만 실제로 냉각수는 일반적으로 끓는점에 가까운 온도에서 펌핑되므로 캐비테이션을 방지하기 위해 최대 펌핑 속도의 약 20%를 사용해야 합니다.

이는 높은 냉각 용량을 달성하려면 냉각 용량이 1000W인 냉각판의 경우 분당 2.5리터와 같이 상당한 양의 물이 필요하기 때문에 채택에 실질적인 장벽이 됩니다.

CDU 및 매니폴드에 대한 재료 고려 사항과 함께 단상 및 2상 냉각판에 대한 자세한 내용은 IDTechEx의 최신 연구 보고서 데이터 센터를 위한 열 관리 2023-2043에서 확인할 수 있습니다.

침수형 냉각은 높은 냉각 효율성으로 잘 알려져 있으며, 전체 데이터 센터 냉각 방식 중 가장 낮은 부분 전력 사용 효율성(pPUE)이 1.01로 낮습니다.

그러나 PFAS 규제 및 환경 문제로 인해 단상 침지 냉각으로 전환하고 PFAS가 없고 불소 함량이 낮은 냉각수를 사용하는 경향이 있습니다.

이러한 전환은 유망하긴 하지만 높은 비용과 운영상의 복잡성을 수반합니다. 또한 액체 냉각수와 서버 간의 호환성을 보장하는 것도 지속적인 과제로 남아 있습니다.

그럼에도 불구하고 침수 냉각 공급업체와 서버 공급업체 간에는 주목할만한 협력이 있었습니다. 주요 기업들이 파일럿 프로젝트를 시작했으며 이는 침수 냉각 기술에 대한 관심과 투자가 증가하고 있음을 나타냅니다.