英特爾深耕冷卻技術(shù),錨定數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展未來(lái)

2023-04-25 12:45:38來(lái)源:中關(guān)村在線  

在俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾實(shí)驗(yàn)室內(nèi),有24臺(tái)裝有基于英特爾至強(qiáng)處理器的服務(wù)器,被置于一個(gè)充滿合成且非導(dǎo)電油的槽中,并保持開機(jī)狀態(tài)。浸沒(méi)式液冷是一種比傳統(tǒng)風(fēng)冷更為有效的處理器散熱方式。英特爾正與行業(yè)伙伴展開合作,為目前和未來(lái)的數(shù)據(jù)中心研發(fā)多樣化解決方案。

摩爾定律的演進(jìn)發(fā)展意味著需要在集成電路上增加更多晶體管,并逐步增加內(nèi)核。如此一來(lái),在提高性能的同時(shí),也需要更多的能源。


【資料圖】

在過(guò)去十年中,英特爾通過(guò)對(duì)處理器進(jìn)行優(yōu)化,已經(jīng)節(jié)省了約1000兆瓦時(shí)的電力。這些成果的取得也同時(shí)得益于包括系統(tǒng)風(fēng)扇、數(shù)據(jù)中心室內(nèi)冷卻設(shè)備,以及芯片級(jí)冷卻在內(nèi)的多項(xiàng)冷卻技術(shù),這些技術(shù)可以更好地管理處理器產(chǎn)生的熱量,降低能耗并減少碳排放。

然而,這些冷卻功能的實(shí)現(xiàn),本身即需要高達(dá)40%的數(shù)據(jù)中心能源消耗。因此,英特爾希望在未來(lái),能夠以更為節(jié)能的方式完成優(yōu)化、提高性能,而風(fēng)冷可能不是最佳解決方案。

幸運(yùn)的是,目前,英特爾正與液冷行業(yè)的生態(tài)伙伴進(jìn)行合作。從浸沒(méi)式液冷箱供應(yīng)商到液體供應(yīng)商,再到自己的實(shí)驗(yàn)室,英特爾與行業(yè)伙伴通過(guò)使計(jì)算組件與導(dǎo)熱液體直接接觸等方式,打造創(chuàng)新的解決方案。其中,一些解決方案目前看來(lái)似乎有些天馬行空,例如嵌入珊瑚形散熱器的三維真空蒸發(fā)腔均溫板,或者由AI控制調(diào)整的、可將冷液射到芯片熱區(qū)以消除熱量的微型噴氣機(jī)等,但所有這些都在英特爾的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行和研發(fā)和探索。

數(shù)據(jù)中心的“冷卻革命”

根據(jù)2022年國(guó)際能源署的研究,2021年全球數(shù)據(jù)中心的用電量為220至320兆瓦時(shí),或約占全球電力需求的0.9%至1.3%。

數(shù)據(jù)中心和世界頂級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的能源使用量的增加,使液冷從設(shè)想到邊緣技術(shù),如今逐步成為主流。

英特爾十多年來(lái)一直支持浸沒(méi)式液冷,因?yàn)橥ㄍ沙掷m(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模超級(jí)計(jì)算機(jī)的道路,亟需一場(chǎng)關(guān)于“冷卻”的革命以適應(yīng)更強(qiáng)大的處理器。

"英特爾:沉浸式液冷的時(shí)機(jī)已至!",這是2022年10月26日刊登于《數(shù)據(jù)中心前沿》的頭條新聞。在同期舉行的開放計(jì)算峰會(huì)上,英特爾公司副總裁兼數(shù)據(jù)中心工程和架構(gòu)部總經(jīng)理ZaneBall談?wù)摿藢?duì)浸沒(méi)式液冷與日俱增的關(guān)注,并宣布英特爾將與開放計(jì)算項(xiàng)目和液冷供應(yīng)商進(jìn)行合作并制定標(biāo)準(zhǔn),使該技術(shù)更易于應(yīng)用。

"關(guān)于液冷的談?wù)撘呀?jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了,"Ball表示,"這一直是英特爾計(jì)劃去做的事情。我們相信,眼下已經(jīng)到了需要液冷在數(shù)據(jù)中心發(fā)揮更大作用的時(shí)候了。"

2021年,英特爾宣布與浸沒(méi)式液冷領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者Submer合作,共同開發(fā)在數(shù)據(jù)中心中使用Submer冷卻技術(shù)的英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器。2022年1月,英特爾宣布與GRC公司(Green Revolution Cooling)達(dá)成協(xié)議,在未來(lái)的數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算中設(shè)計(jì)、部署定制化的前沿浸沒(méi)式液冷技術(shù)。同年,英特爾為其至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器提供了業(yè)界首創(chuàng)的浸沒(méi)式液冷保修服務(wù)。

可持續(xù)發(fā)展推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

浸沒(méi)式液冷是英特爾實(shí)現(xiàn)凈零排放承諾的重要組成部分。由IT設(shè)備產(chǎn)生的高達(dá)99%的熱量,可以經(jīng)由水或其他形式的液態(tài)冷卻劑釋放。其原理與空調(diào)系統(tǒng)類似,熱量不需要通過(guò)風(fēng)扇散發(fā),而是傳入液體中,然后通過(guò)循環(huán)實(shí)現(xiàn)散發(fā)。而且,這些熱量甚至可以被收集起來(lái)并重新利用。

英特爾數(shù)據(jù)中心與人工智能事業(yè)部首席產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展官Jen Huffstetler表示:“浸沒(méi)式液冷是一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以通過(guò)減少能源和水的使用,解決數(shù)據(jù)中心面臨的一些重大挑戰(zhàn),而且還能幫助客戶在降低TCO的同時(shí),提高整體計(jì)算密度?!?/p>

顛覆性的解決方案需要?jiǎng)?chuàng)新,但同時(shí)也需要市場(chǎng)準(zhǔn)備就緒,且兼具可執(zhí)行和可測(cè)試性。英特爾將攜手初創(chuàng)公司和學(xué)術(shù)專家共同圍繞該技術(shù)展開深入研究,以期在未來(lái)五年內(nèi)打造出開放式解決方案,助力英特爾和全球數(shù)據(jù)中心減少能源足跡。

液冷的新材料和新結(jié)構(gòu)

英特爾研究人員正在研發(fā)新的解決方案,以支持和滿足下一代架構(gòu)的功耗和熱管理需求,其中包括高達(dá)2千瓦的設(shè)備。

在一眾解決方案中,研究人員正在針對(duì)三維真空蒸發(fā)腔均溫板展開研究,即在一種密封且扁平的金屬腔內(nèi)部充滿液體。研究人員旨在通過(guò)使用改進(jìn)的沸騰增強(qiáng)覆層,在待冷卻器件表面形成盡可能多的氣化核心,增加核態(tài)沸騰的散熱能力。

沸騰是冷卻高功率電子設(shè)備和維持均勻溫度分布的最有效方法之一。由先進(jìn)材料制成的沸騰增強(qiáng)涂層可以在金屬表面形成更多的成核點(diǎn),從而促進(jìn)沸騰的發(fā)生,提高熱傳導(dǎo)效率。如今,這些涂層被應(yīng)用在平坦的表面上,但研究表明,具有內(nèi)部凹槽狀特征的珊瑚樣散熱器設(shè)計(jì)具有二相式浸沒(méi)式液冷的最高外部傳熱系數(shù)潛力。

英特爾計(jì)劃通過(guò)二次加工技術(shù),將具有超低熱阻的三維真空蒸發(fā)腔均溫板,集成到珊瑚形浸沒(méi)式液冷散熱器的設(shè)計(jì)中。

與此同時(shí),英特爾研究人員也正在探索另一種解決方案,即使用流體噴射的方式冷卻最高功率的設(shè)備。與典型散熱器或傳統(tǒng)冷板通過(guò)液體覆蓋表面的方式不同,冷卻噴嘴直接將流體引向表面。芯片封裝的頂蓋上直接設(shè)計(jì)了液體射流通道,該設(shè)計(jì)可讓冷卻液體直接噴射至待冷卻的高功率芯片,省去了常規(guī)方案中需要使用的熱界面材料,可有效降低散熱通路的熱阻,提高冷卻能力。隨著多芯片模塊變得越來(lái)越難以冷卻,該技術(shù)可以根據(jù)每個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制,并可以有效地針對(duì)熱點(diǎn),使處理器以較低溫度運(yùn)行,并實(shí)現(xiàn)同功耗下5%-7%的性能提升。

從處理器設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì),英特爾始終專注于推進(jìn)摩爾定律并提高能效。

英特爾超級(jí)計(jì)算平臺(tái)事業(yè)部熱設(shè)計(jì)師TejasShah表示:“為應(yīng)對(duì)未來(lái)十年內(nèi)處理器功耗的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),推進(jìn)和創(chuàng)新兼具前瞻性和可擴(kuò)展性的熱技術(shù)尤為重要。英特爾正處于提高和標(biāo)準(zhǔn)化這項(xiàng)技術(shù)的前沿領(lǐng)域,而這也對(duì)我們未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要?!?/p>

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