สามรุ่นของการทำความเย็นในศูนย์ข้อมูล – และทำไมผู้ให้บริการส่วนใหญ่กำลังสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่ล้าสมัย

เมื่อสามปีที่แล้ว อุตสาหกรรมศูนย์ข้อมูลถกเถียงกันว่าการทำความเย็นด้วยของเหลวจะจำเป็นหรือไม่ เมื่อสองปีที่แล้ว ผู้ให้บริการส่วนใหญ่เชื่อว่าน้ำแบบเดี่ยวจะเป็นวิธีแก้ปัญหา ในปัจจุบัน สิ่งอำนวยความสะดวกชั้นนำกำลังย้ายไปสู่สถาปัตยกรรมการทำความเย็นที่ทันสมัย ในขณะที่การสร้างใหม่หลายแห่งกำลังล็อกระบบที่จะล้าสมัยภายในไม่กี่ปี

การเปลี่ยนแปลงนี้ได้รับแรงผลักดันจากฟิสิกส์และเส้นทางของไมโครชิปที่มองเห็นได้แล้วจนถึงปี 2027 ร่วมกันทำให้เกิดการแบ่งแยกระหว่างผู้ให้บริการที่เข้าใจว่าการทำความเย็นกำลังเข้าสู่ยุคสถาปัตยกรรมใหม่ และผู้ที่อาจค้นพบว่าตนเองได้ลงทุนหลายร้อยล้านในโครงสร้างพื้นฐานที่ไม่สามารถรองรับคลื่นต่อไปของไมโครชิป AI

สามรุ่นของการทำความเย็น

การทำความเย็นในศูนย์ข้อมูลได้ผ่านสามยุคสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน แต่ละยุคกำหนดโดยอุปสรรคใหม่ที่ต้อง克服และโดยความหนาแน่นของตู้ที่ต้องการการสนับสนุนทางเศรษฐกิจ

• รุ่นที่ 1: การทำความเย็นแบบแอร์ (2000-2023): มีจุดสูงสุดที่ 10-15 กิโลวัตต์ต่อตู้ การเงินเริ่มเสื่อมสภาพเมื่อประมาณปี 2020 เมื่อการทำงานของ AI เกิน 20 กิโลวัตต์ และในปี 2023 การทำความเย็นแบบแอร์เกือบจะล้าสมัยสำหรับการใช้งานความหนาแน่นสูง

• รุ่นที่ 2: ของเหลวแบบเดี่ยว (2020-2027): วิธีการทำความเย็นด้วยของเหลวในระยะแรก ใช้น้ำหรือ PG25 ที่อัตราการไหลสูงเพื่อกำจัดความร้อนผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ มีความเหมาะสมตั้งแต่ 20-120 กิโลวัตต์ต่อตู้ แต่แสดงถึงความเครียดเหนือ 150 กิโลวัตต์ และคาดว่าจะถึงขีดจำกัดทางปฏิบัติในปี 2027 เมื่อไมโครชิปเกิน 2,000 วัตต์

• รุ่นที่ 3: สองเฟส + การปฏิเสธความร้อนขั้นสูง (2024-2035+): ใช้ของเหลวที่ดูดซับความร้อนผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟส มีความสามารถในการปรับขนาดตั้งแต่ 150 กิโลวัตต์ขึ้นไปต่อตู้ และช่วยให้สามารถออกแบบการปฏิเสธความร้อนใหม่ๆ จากชิปไปจนถึงบรรยากาศได้

การเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งแสดงถึงจุดเปลี่ยน – เมื่อฟิสิกส์และเศรษฐกิจถึงขีดจำกัดพร้อมกัน

ปัญหาฟิสิกส์ของรุ่นที่ 2

การนำรุ่นที่ 2 ไปใช้ครั้งแรกเริ่มเผยให้เห็นขีดจำกัดของการทำความเย็นแบบเดี่ยว

ระบบที่ใช้น้ำต้องการอัตราการไหลประมาณ 1.5 ลิตรต่อนาทีต่อกิโลวัตต์ ตู้ 120 กิโลวัตต์ต้องการประมาณ 180 ลิตรต่อนาที และที่ 250 กิโลวัตต์ จะต้องการ 375 ลิตรต่อนาทีผ่านแผ่นเย็นด้วยของเหลว

การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดปัญหาหลายอย่าง การผสมน้ำกับไกลคอลทำให้โครงสร้างไมโครฟินอ็อกซิไดซ์ และการกัดกร่อนยิ่งเพิ่มขึ้นจากความเร็วของการไหลที่กัดกร่อนฟินที่อ่อนแอ

อัตราการล้มเหลวเป็นเรื่องที่น่ากังวลเช่นกัน ข้อมูลจากสนามภายในแสดงว่าประมาณ 4% ของ GPU ที่ทำความเย็นด้วยน้ำล้มเหลวในช่วงอายุการใช้งานสามปีเนื่องจากการรั่วของของเหลว

การวิเคราะห์จาก Jacobs Engineering เน้นย้ำถึงความไม่มีประสิทธิภาพอีกด้านหนึ่ง ระบบแบบเดี่ยวต้องการอุณหภูมิน้ำที่เย็นกว่าระบบรุ่นที่ 3

สิ่งที่ทำให้รุ่นที่ 3 แตกต่าง

รุ่นที่ 3 แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมที่แท้จริง ของเหลวสองเฟสสามารถดูดซับความร้อนผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟส ลดอัตราการไหลลงได้ 4-9 เท่า

ของเหลวสองเฟสยังช่วยให้สามารถออกแบบการปฏิเสธความร้อนใหม่ๆ ได้ เช่น ระบบของเหลวต่อ CO₂ และของเหลวต่อของเหลว ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการทำความเย็นจากชิปไปจนถึงบรรยากาศ

เส้นทางซิลิกอนบังคับให้เกิดปัญหา

การเปลี่ยนแปลงไปสู่รุ่นที่ 3 ไม่ได้ถูกขับเคลื่อนโดยผู้ให้บริการการทำความเย็น แต่ถูกกำหนดโดยการออกแบบไมโครชิป

ไมโครชิป Rubin ของ NVIDIA คาดว่าจะเกิน 2,000 วัตต์ต่อไมโครชิป ซึ่งจะทำให้ระบบการทำความเย็นแบบเดี่ยวถึงขีดจำกัด

ปัญหาของบราวน์ฟิลด์

หลายพันล้านดอลลาร์กำลังถูกลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานรุ่นที่ 2 ที่จะถูกจำกัดภายใน 36 เดือน

การออกแบบศูนย์ข้อมูลในปัจจุบันโดยรอบน้ำแบบเดี่ยวจะพบปัญหาในการรองรับไมโครชิปในปี 2027 การอัปเกรดในภายหลังจะมีค่าใช้จ่ายมากกว่าการสร้างด้วยสถาปัตยกรรมรุ่นที่ 3 ในปัจจุบัน

การเปลี่ยนแปลงรุ่น

ทุกๆ การเปลี่ยนแปลงการทำความเย็นดูเหมือนจะเพียงพอจนกว่าการเปลี่ยนแปลงรุ่นต่อไปจะทำให้ล้าสมัย

ผู้ให้บริการที่ใช้การทำความเย็นด้วยของเหลวในระยะแรกได้รับประโยชน์จากการนำไปใช้ล่วงหน้า

การเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันกำลังเกิดขึ้นอีกครั้ง ฟิสิกส์ได้รับการพิสูจน์แล้ว และเศรษฐกิจได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์อิสระ

ศูนย์ข้อมูลที่ออกแบบในปัจจุบันจะดำเนินการต่อจนถึงทศวรรษ 2030 การสร้างด้วยสถาปัตยกรรมรุ่นที่ 3 จะช่วยให้พวกเขาอยู่รอดในยุค AI แทนที่จะกลายเป็นสินทรัพย์ที่ถูกจำกัดก่อนที่จะเสถียร

อนาคตของการทำความเย็นในศูนย์ข้อมูลคือการเปลี่ยนแปลงรุ่น – และรุ่นที่ 3 อยู่ที่นี่แล้ว