В чём разница между центрами обработки данных с жидкостным охлаждением и системами воздушного охлаждения?

Выбор метода охлаждения для центров обработки данных на следующем этапе определяется не производителями систем контроля температуры, а также строителями и операторами центров обработки данных. Основные факторы, определяющие этот процесс, совместно определяются отраслями интернета/облачных вычислений/AIGC (такими как OpenAI, Meta и Baidu) и производителями вычислительных мощностей/чипов/серверов (такими как Nvidia и Huawei).

В настоящее время очевидно, что темпы роста рынка интернет- и облачных вычислений в Китае и даже во всем мире замедлились (есть признаки достижения пика по количеству пользователей и коммерциализации), в то время как индустрия AIGC переживает мощный прорыв. Масштабное обучение и вывод данных в рамках AIGC требуют внедрения новых вычислительных мощностей серверов и новой ИТ-архитектуры, а также предъявляют более высокие требования к теплоотводу.

С точки зрения промышленного спроса, зарубежный рынок выиграл от развития AIGC, представленного ChatGPT, что привело к быстрому строительству зарубежных вычислительных центров; в Китае же, из-за ограничений на импорт высокопроизводительных чипов и зрелости и сценариев применения отечественных крупных моделей, строительство вычислительных центров в Китае началось поэтапно, но крупномасштабное строительство и внедрение ведущих производителей еще не полностью завершены. В целом, центры обработки данных, обслуживающие AIGC, особенно крупные центры для обучения больших моделей, станут основной движущей силой масштабного строительства крупномасштабных вычислительных центров на начальном этапе. Основными решениями для этих крупных вычислительных центров являются жидкостные системы охлаждения с охлаждающими пластинами. Поэтому на следующем этапе рост рынка отечественных центров обработки данных будет, безусловно, определяться основным спросом на строительство крупномасштабных вычислительных центров и решения и продукты для жидкостного охлаждения.

С технической точки зрения, из-за ограничений воздушного охлаждения с точки зрения плотности и эффективности рассеивания тепла, новейшие высокопроизводительные вычислительные серверы в отрасли уже полностью перешли на жидкостное охлаждение. В обозримом будущем, с быстрым ростом индустрии AIGC, спрос на вычислительную мощность чипов также будет расти экспоненциально. В ходе этого процесса воздушное охлаждение перестанет быть предпочтительным вариантом для высокопроизводительных вычислительных серверов, и с технической точки зрения, пока не будет обращено тепловое воздействие вычислительных чипов (например, смогут ли квантовые вычисления достичь более низкого энергопотребления и тепловыделения на единицу вычислительной мощности), нет сомнений, что метод охлаждения основного оборудования (в основном ИТ-серверов) на растущем рынке центров обработки данных сместится с воздушного охлаждения на жидкостное. В настоящее время основным решением для жидкостного охлаждения в центрах обработки данных является жидкостное охлаждение с помощью охлаждающих пластин, которое определяется производителями серверов (такими как Nvidia, Supermicro и Inspur) для серверов AI-вычислений (которые разработаны в соответствии с формой жидкостного охлаждения с помощью охлаждающих пластин). Однако техническое решение с использованием жидкостного охлаждения на основе охлаждающих пластин естественным образом порождает потребность в «вентиляционно-жидкостном синтезе»: объединительная плата с жидкостным охлаждением может отводить тепло только от ЦП и ГП, в то время как другие устройства в сервере, включая жесткие диски, память, блоки питания и микросхемы, также нуждаются в охлаждении. Эти устройства не могут быть индивидуально оснащены объединительными платами с жидкостным охлаждением, и тепло должно рассеиваться через систему воздушного охлаждения. Это также обуславливает архитектуру решения с жидкостным охлаждением на основе охлаждающих пластин — «вентиляционно-жидкостный синтез». Это означает, что в архитектуре охлаждения нового вычислительного центра AIGC необходимы как циклы жидкостного охлаждения и вспомогательные системы охлаждения чипов (ЦП и ГП), так и традиционное оборудование для контроля температуры воздушного охлаждения. В настоящее время общепринятое в отрасли соотношение «вентиляционно-жидкостного» (потребность в воздушном охлаждении к потребности в жидкостном охлаждении) составляет примерно 3:7–4:6. Таким образом, в вычислительном центре, ориентированном на AIGC, решение с использованием жидкостного охлаждения с холодными пластинами фактически обеспечивает отрасли сочетание жидкостного и воздушного охлаждения (т.е. «слияние ветра и жидкости»). Стоит отметить, что спрос на суперкомпьютерные центры ИИ, связанные с AIGC, включает в себя сценарии обучения, вывода и некоторых вычислительных мощностей для небольших моделей, при этом плотность загрузки одной стойки и соотношение воздуха и жидкости в этих сценариях различаются. В отрасли также встречаются утверждения о том, что существующая архитектура центров обработки данных для облачных вычислений (основное решение для охлаждения — воздушное) также может адаптироваться к вычислительным мощностям, необходимым для обучения крупномасштабных моделей, и даже в эпоху полного внедрения AIGC у нас все еще будет потребность в строительстве крупномасштабных центров обработки данных общего назначения. Поэтому, когда китайские компании, занимающиеся строительством центров обработки данных, планируют новые вычислительные центры, в условиях неопределенных перспектив и темпов развития AIGC, им следует учитывать как общие вычислительные мощности, так и потребности в выводе больших моделей, а также сценарии обучения больших моделей. В этих условиях внедрение крупномасштабной архитектуры, сочетающей ветро-жидкостную циркуляцию, и резервирование гибких соотношений воздуха и жидкости для удовлетворения будущих потребностей в расширении и развитии бизнеса стало неизбежным выбором для строителей центров обработки данных. Можно сказать, что грядущая эра — это эра «ветро-жидкостной циркуляции».

Возможно, в ближайшем будущем, с дальнейшим развитием индустрии AIGC и экстремальным сокращением вычислительной мощности и производительности, существующие системы жидкостного охлаждения с охлаждающими пластинами также не смогут справиться с требуемым теплоотводом. В этот момент рынок заставит производителей серверов выбирать более эффективные решения для охлаждения, такие как «погружное жидкостное охлаждение». Как только эта эра полностью наступит, проблема «слияния воздуха и жидкости», присущая существующим системам жидкостного охлаждения с охлаждающими пластинами, будет решена. Поскольку весь сервер полностью погружен в охлаждающую жидкость, отпадает необходимость в определении того, какие части необходимо охлаждать с помощью охлаждающих пластин, а какие — с помощью воздуха. В этот момент можно сказать, что индустрия центров обработки данных действительно попрощалась с эрой «чистого воздушного охлаждения» и «слияния воздуха и жидкости» и вступила в эру «чистого жидкостного охлаждения».

Последнее предложение подводит итог: для решений по охлаждению центров обработки данных эра «чистого воздушного охлаждения» подходит к концу, и навстречу нам стремительно приближается эра «ветро-жидкостного термоядерного синтеза»; издалека мы уже можем увидеть на горизонте мачты эры «чистого жидкостного охлаждения».