Καθώς η πυκνότητα ισχύος του διακομιστή τεχνητής νοημοσύνης συνεχίζει να αυξάνεται, οι παραδοσιακές αρχιτεκτονικές{0}}ψύξης αέρα πλησιάζουν τα θερμικά τους όρια. Οι λύσεις υγρής-ψύξης κερδίζουν ραγδαία έλξη σε ομάδες GPU υψηλής-πυκνότητας και ASIC, προσφέροντας μια πιο αποτελεσματική προσέγγιση στη διαχείριση θερμότητας. Αυτή η αλλαγή όχι μόνο απαιτεί επανασχεδιασμό των αρχιτεκτονικών ισχύος, αλλά επιβάλλει επίσης νέες προκλήσεις-και ευκαιρίες-στην ανάπτυξη μαγνητικών στοιχείων. Αυτό το άρθρο εξετάζει τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να εξελίσσονται τα μαγνητικά εξαρτήματα μέσω νέων υλικών, βελτιστοποιημένων θερμικών δομών και συσκευασιών συμβατών με υγρά-για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των προηγμένων συστημάτων υγρής ψύξης-.
Η αυξανόμενη θερμική πυκνότητα σε διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης καθιστά την ψύξη αέρα ανεπαρκή
Στα σύγχρονα συστήματα εκπαίδευσης τεχνητής νοημοσύνης, τα επίπεδα ισχύος ενός-διακομιστή έχουν ανέβει από αρκετές εκατοντάδες watt σε 2–3 kW, ενώ η πλήρης-κατανάλωση rack μπορεί να φτάσει τα 60–100 kW. Αυτές οι αυξήσεις έχουν ως αποτέλεσμα πολύ υψηλότερες θερμικές πυκνότητες από το συμβατικό υλικό κέντρου δεδομένων-.
Ως απόκριση, τα υγρά-συστήματα ψύξης-κρύα-ψύξη υγρών πλάκας και η ψύξη εμβάπτισης- αναπτύσσονται με αυξανόμενο ρυθμό, παρέχοντας υψηλότερη χωρητικότητα ροής θερμότητας{{4}, χαμηλότερο PUE και πιο σταθερή λειτουργία για πυκνά συμπλέγματα διακομιστών.
Αυτή η εξέλιξη στη θερμική αρχιτεκτονική αναγκάζει τους σχεδιαστές συστημάτων να επαναξιολογήσουν όλα τα θερμικά κρίσιμα εξαρτήματα-ιδιαίτερα τα στάδια ισχύος και τα μαγνητικά στοιχεία. Για τους προμηθευτές μαγνητικών, αυτό το περιβάλλον παρουσιάζει τόσο μηχανολογικές προκλήσεις όσο και σημαντικές δυνατότητες καινοτομίας.
Ένα νέο πρότυπο σχεδίασης: Από τη "Μείωση απώλειας" στη "Βελτιστοποίηση θερμικής διαδρομής + συμβατότητα υγρών"
Σε μια αρχιτεκτονική με υγρή-ψύξη, η απλή μείωση των απωλειών πυρήνα και χαλκού δεν είναι πλέον επαρκής:
Η μηχανική θερμικής-διαδρομής γίνεται η προτεραιότητα σχεδιασμού. Οι μαγνητικοί πυρήνες και οι περιελίξεις πρέπει να είναι δομημένοι ώστε να οδηγούν τη θερμότητα γρήγορα προς τις ψυχρές πλάκες ή τις διεπαφές ψυκτικού. Οι τεχνικές περιλαμβάνουν διαμπερείς-οπές πυρήνα, ενσωματωμένους χάλκινους σωλήνες ως θερμικές γέφυρες και αυλακώσεις στο πλευρικό τοίχωμα για την τοποθέτηση θερμικά αγώγιμων μαξιλαριών σιλικόνης για γρήγορη μεταφορά θερμότητας.
Οι πεπλατυσμένες και επίπεδες μαγνητικές δομές κερδίζουν προτίμηση. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς πυρήνες PQ ή EE, τα επίπεδα σχέδια προσφέρουν μεγαλύτερες περιοχές επαφής με ψυχρές πλάκες, επιτρέποντας ανώτερη θερμική σύζευξη-ένα βασικό πλεονέκτημα στα συστήματα υγρής ψύξης-.
Τα υλικά και η ενθυλάκωση απαιτούν αναβαθμίσεις. Το τυπικό μονωτικό βερνίκι, τα πλαστικά και οι δομικές κόλλες μπορεί να διογκωθούν, να υποβαθμιστούν ή να αποκολληθούν όταν εκτεθούν σε ψυκτικό υγρό. Τα νέα-σχέδια γενιάς απαιτούν υλικά-ανθεκτικά στη διάβρωση και μεθόδους ενθυλάκωσης βελτιστοποιημένες για εμβάπτιση ή κρύα- περιβάλλοντα πλακών. Ορισμένοι προμηθευτές τροποποιούν ακόμη και τα όρια των κόκκων του πυρήνα με αντιδιαβρωτικά οξείδια για να ενισχύσουν τη μακροπρόθεσμη- ανθεκτικότητα.
Εν συντομία,μαγνητικά εξαρτήματαεξελίσσονται από "ηλεκτρικές συσκευές βελτιστοποίησης" σε από κοινού-θερμικά εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί από κοινού-που λειτουργούν παράλληλα με συστήματα ψύξης, τοπολογίες ισχύος και μηχανικούς διακομιστών για την επίτευξη θερμικής ισορροπίας-σε επίπεδο συστήματος.
Μηχανικές Προκλήσεις και Τεχνικά Εμπόδια
Θερμική διαχείριση έναντι EMI και μόνωσης. Η εισαγωγή χάλκινων σωλήνων ή θερμικών γεφυρών επιταχύνει τη μεταφορά θερμότητας αλλά επίσης δημιουργεί προκλήσεις EMI και απομόνωσης. Οι σχεδιαστές πρέπει να εξισορροπούν τη θερμική αγωγιμότητα με τη μαγνητική μόνωση και τους περιορισμούς EMC.
Αξιοπιστία υλικού σε περιβάλλοντα ψυκτικού υγρού. Οι πυρήνες, τα μέσα ενθυλάκωσης, το μονωτικό βερνίκι και τα υλικά γλάστρας πρέπει να αντέχουν{{1} τη μακροχρόνια έκθεση στο ψυκτικό υγρό, τον θερμικό κύκλο και τις πιθανές χημικές αλληλεπιδράσεις. Πολλά υλικά υποβάλλονται ακόμη σε εκτεταμένη πιστοποίηση.
Αυξημένη πολυπλοκότητα κατασκευής. Οι πεπλατυσμένοι πυρήνες, τα σχέδια ανοιγμάτων και οι θερμικές-δομές γεφυρών εισάγουν αυστηρότερες απαιτήσεις διαδικασίας. Η επιστήμη των υλικών, η ενθυλάκωση, ο σχεδιασμός θερμικής-διασύνδεσης και η μηχανική ακρίβεια παίζουν κρίσιμους ρόλους στην επίτευξη συνέπειας και αξιοπιστίας.
Μόνο προμηθευτές με συνδυασμένη τεχνογνωσία σε μαγνητικά υλικά, θερμική μηχανική, συμβατή με υγρά-ενθυλάκωση και ασφάλεια ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας/μόνωσης είναι τοποθετημένοι για να παρέχουν αξιόπιστες λύσεις για συστήματα ισχύος που ψύχονται με υγρό-.
Industry Outlook: Liquid-Cooled Magnetics θα γίνει το νέο πρότυπο για την ισχύ του διακομιστή AI
Με βάση τα σχόλια από τους κατασκευαστές μαγνητικών-εξαρτημάτων και τους σχεδιαστές συστημάτων ισχύος-:
Καθώς η υγρή ψύξη διεισδύει σε διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης και σε κέντρα δεδομένων υψηλής-πυκνότητας, μια νέα γενιά μαγνητικών-επίπεδων, θερμικά βελτιστοποιημένων,-συμβατών-θα γίνει γρήγορα mainstream.
Οι παραδοσιακές φιλοσοφίες σχεδιασμού που επικεντρώνονται αποκλειστικά στη μείωση των απωλειών και στην απόδοση ψύξης αέρα{0}}θα καταργηθούν σταδιακά. Οι μελλοντικές ροές σχεδιασμού θα δώσουν έμφαση στη θερμική διαδρομή, τη θερμική σύζευξη, τη συμβατότητα με υγρά, την ακεραιότητα της μόνωσης και την ασφάλεια EMC ως ενοποιημένη μεθοδολογία.
Προμηθευτές που είναι ικανοί να ενσωματώσουν υλικά, δομή, συσκευασία και περιβαλλοντικά προσόντα σε μια συνεκτική στρατηγική σχεδιασμού θα αποκτήσουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στον επόμενο κύκλο ανανέωσης πλατφορμών διακομιστών τεχνητής νοημοσύνης και υψηλής απόδοσης-.
Η υγρή ψύξη δεν αντιπροσωπεύει απλώς μια αλλαγή στη θερμική τεχνολογία, αλλά έναν θεμελιώδη μετασχηματισμό στη σχεδίαση εξαρτημάτων ισχύος-. Τα μαγνητικά στοιχεία πρέπει να εξελίσσονται από απλές παθητικές συσκευές σε θερμικά-κρίσιμα στοιχεία σχεδιασμένα για να υποστηρίζουν γρήγορη μεταφορά θερμότητας, μακροπρόθεσμη έκθεση στο ψυκτικό υγρό και υψηλή αξιοπιστία.
Για τους κατασκευαστές-ηλεκτρονικών ηλεκτρικών ειδών και τους προμηθευτές μαγνητικών ειδών, η ικανότητα εξισορρόπησης της απόδοσης, της θερμικής απόδοσης, της αξιοπιστίας, της συμμόρφωσης με την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και της κατασκευαστικότητας θα καθορίσει την ανταγωνιστικότητά τους στις ταχέως αναπτυσσόμενες αγορές διακομιστών τεχνητής νοημοσύνης και κέντρων δεδομένων υψηλής πυκνότητας-. Στην επόμενη γενιά αρχιτεκτονικών με υγρή-ψύξη, τα μαγνητικά στοιχεία που έχουν σχεδιαστεί για θερμική απόδοση και περιβαλλοντική ευρωστία θα καθορίσουν το επόμενο άλμα προς τα εμπρός στη μηχανική-συστημάτων ισχύος.
