Жидкостное охлаждение становится узким местом в технологиях центров обработки данных для искусственного интеллекта.

Краткое содержание:В центрах обработки данных всё сильнее нагреваются процессоры из-за высоких нагрузок, вызванных искусственным интеллектом, и простого увеличения подачи воздуха становится всё меньше. Именно поэтому отрасль переходит к жидкостному охлаждению — от охлаждающих пластин и микрофлюидных каналов до полноценных «душевых» систем и погружных ванн — чтобы обеспечить стабильную работу серверов, сократить потребление энергии на охлаждение и (в некоторых случаях) повторно использовать отработанное тепло.

Однако решение проблемы охлаждения сопряжено со своими компромиссами: выбор химических реагентов (включая опасения по поводу хладагентов, содержащих ПФАС), безопасность, стоимость и риск того, что повышение эффективности просто приведет к еще большему росту вычислительной мощности.

Почему охлаждение вдруг стало таким важным.

Если вам нужна одна-единственная причина:плотность мощности.

Современные системы искусственного интеллекта используют стойки, оснащенные высокопроизводительными ускорителями, которые:

• Они потребляют гораздо больше энергии, чем процессоры общего назначения.
• генерировать тепло на меньшей физической площади
• часто работают на пределе своих возможностей

Таким образом, охлаждение становится первостепенным ограничивающим фактором. При отказе системы охлаждения может выйти из строя весь объект.

BBC приводит реальный пример: отказ системы охлаждения в США, который нарушил работу технологий финансовых торгов в CME Group, что привело к включению дополнительных мощностей системы охлаждения после инцидента.

Проблема воздушного охлаждения: законы физики и убывающая отдача.

Воздушное охлаждение — простой и привычный метод, но он испытывает трудности в следующих случаях:

• Тепло концентрируется на небольшой площади.
• Необходимо быстро и равномерно отводить тепло.
• Потребление электроэнергии вентиляторами и системами управления воздушным потоком начинают составлять значительную долю энергии.

В какой-то момент вы перестаёте «охлаждать чипы» — вы начинаете «работать в аэродинамической трубе» внутри здания.

Что на самом деле означает жидкостное охлаждение (это не одна технология)?

«Жидкостное охлаждение» — это группа подходов:

1) Охлаждение непосредственно на чип / с помощью холодной пластины

Жидкостный контур проходит через пластину, прикрепленную к наиболее нагревающимся компонентам.

Плюсы:

• эффективное отведение тепла в источнике
• зрелые инженерные модели

Минусы:

• по-прежнему требуется тщательная прокладка водопроводных труб и устранение протечек.

2) Охлаждение с помощью распыления/душа

BBC описывает конструкции, в которых жидкость стекает или разбрызгивается на компоненты.

Плюсы:

• может охлаждать не только микросхемы, но и множество других компонентов.
• потенциально снижает потребность в больших вентиляторах

Минусы:

• поднимает вопросы о химическом составе жидкостей, их совместимости и техническом обслуживании.

3) Погружающее охлаждение («ванны»)

Серверы (или их компоненты) погружены в циркулирующую диэлектрическую жидкость, которая отводит тепло.

Плюсы:

• высокие тепловые характеристики
• может обеспечить более стабильную работу при высокой нагрузке

Минусы:

• Оборудование должно быть спроектировано/проверено для погружения в воду.
• Эксплуатационные изменения (обслуживание, замена деталей)

4) Двухфазное охлаждение (переход из жидкого состояния в газообразное)

Хладагент испаряется, поглощая тепло, что может быть очень эффективно.

Плюсы:

• высокая эффективность охлаждения

Минусы:

• Зависит от хладагента; некоторые могут вызывать опасения по поводу климатических условий или безопасности.

Химический компромисс: ПФАС и хладагенты

Одним из малообсуждаемых аспектов охлаждения центров обработки данных является выбор химических реагентов.

Как отмечает BBC:

• В некоторых двухфазных системах используются хладагенты, которые могут содержать ПФАС.
• Некоторые хладагенты могут быть мощными парниковыми газами.
• В некоторых конструкциях существуют опасения по поводу безопасности, связанные с утечкой паров.
• Некоторые компании переходят на альтернативы, не содержащие ПФАС.

Даже если система спроектирована ответственно, остается в силе простая истина:

• Если масштабировать технологию на тысячи объектов, то небольшие утечки превращаются в серьезные экологические проблемы.

Замкнутый цикл водоснабжения: почему это важно для местных сообществ

Центры обработки данных вызывают все больше споров, поскольку многие из них потребляют:

• большие объемы электроэнергии
• значительное количество воды (в зависимости от конструкции системы охлаждения)

В некоторых системах жидкостного охлаждения используется вода в замкнутом контуре для охлаждения диэлектрической жидкости на масляной основе, что снижает постоянный расход воды.

Это имеет политическое значение. Местное сопротивление часто возникает по вопросу: «Почему наша энергосеть/водоснабжение должны обслуживать чужой искусственный интеллект?»

Технологии охлаждения становятся частью социального разрешения на деятельность.

Использование отработанного тепла открывает новые возможности, но только если кто-то сможет им воспользоваться.

BBC упоминает о клиенте, планирующем использовать тепло, выделяемое сервером, для следующих целей:

• гостевые номера
• прачечная
• бассейн

Концептуально это правильное направление: вычислительные системы преобразуют электроэнергию в тепло, поэтому повторное использование может повысить общую эффективность.

Однако масштабирование повторного использования тепла — сложная задача, поскольку для этого требуется:

• ближайший потребитель тепловой энергии (здания, бассейны, централизованные тепловые сети)
• стабильное согласование спроса
• инвестиции в инфраструктуру

Так что это многообещающе, но не гарантировано.

Более глубокий риск: повышение эффективности может привести к увеличению совокупного спроса.

Здесь наблюдается классический эффект отскока:

• Когда что-то становится дешевле или эффективнее, люди начинают этим пользоваться чаще.

Если жидкостное охлаждение значительно сократит потребление энергии на охлаждение, рынок может отреагировать следующим образом:

• строительство новых центров обработки данных
• запуск более крупных моделей
• более интенсивное использование оборудования

Таким образом, улучшение системы охлаждения имеет ценность, но не гарантирует снижения общего воздействия на окружающую среду, если не сочетается со следующими факторами:

• стратегия энергоснабжения с учетом выбросов углерода
• прозрачность в отношении использования энергии
• стимулы для сокращения общего экологического следа

Что посмотреть дальше

1. Какой подход к охлаждению станет доминирующим(холодные пластины против погружного нагрева против двухфазного нагрева) в зависимости от типа нагрузки.
2. Нормативные акты и стандартыв отношении хладагентов и ПФАС.
3. Сопротивление со стороны сообщества: снижают ли инновации в области охлаждения местное воздействие на водные ресурсы и уровень шума.
4. проекты по повторному использованию теплапереход от пилотных проектов к повторяемым развертываниям.
5. прозрачность ИИКак отмечает BBC, исследователи призывают к более четкому представлению данных об энергопотреблении по моделям/продуктам.

Итог

Системы охлаждения становятся «скрытой инфраструктурой», от которой зависит скорость масштабирования искусственного интеллекта.

Жидкостное охлаждение может снизить энергопотребление и обеспечить более высокую производительность, но оно также поднимает новые вопросы о химической безопасности, влиянии на климат и о том, используются ли достижения в области эффективности для уменьшения габаритов или просто для ускорения роста вычислительных мощностей.

---

Источники

• BBC News (Технологии бизнеса):https://www.bbc.com/news/articles/cp8zd176516o?at_medium=RSS&at_campaign=rss