با افزایش تقاضا برای هوش مصنوعی (AI) و بهبود تراکم برق، مراکز داده با چالش های مدیریت حرارتی بی سابقه ای روبرو هستند.نظارت دقیق بر دمای زمان واقعی برای بهینه سازی عملکرد و کارایی در حالی که جلوگیری از گرم شدن بیش از حد مورد نیاز استاین راه حل های تشخیصی باید دقیق، پاسخگو، قوی و قادر به مقابله با بار گرمایی سریع در دستگاه های حساسیت بالا باشند.
این مقاله چالش های مدیریت حرارتی را که طراحان مدرن مرکز داده های هوش مصنوعی با آن مواجه هستند بررسی می کند و تجزیه و تحلیل دقیق سیستم های خنک کننده مختلف از جمله تهویه مطبوع،خنک سازی با غوطه ور شدن، و راه حل های مدیریت حرارتی.معرفی راه حل های ترمستور ضریب دمای منفی (NTC) EPCOS (TDK) و توضیح چگونگی استفاده از این راه حل ها برای حل چالش های مدیریت حرارتی.
چرا مراکز داده های هوش مصنوعی چالش های جدیدی را برای مدیریت حرارتی به همراه خواهند داشت؟
سخت افزار هوش مصنوعی مانند واحدهای پردازش گرافیک (GPU) و واحدهای پردازش تنسور (TPU) به طور معمول از قدرت بسیار بیشتری نسبت به واحدهای پردازش مرکزی سنتی (CPU) استفاده می کنند. بنابراین،مراکز داده با تمرکز بر هوش مصنوعی اغلب دارای تراکم قدرت نسبتا بالا و نقاط گرم متمرکز هستند، که مدیریت با استفاده از روش های خنک کننده سنتی را دشوار می کند.
حتی بدتر از آن، بار کاری هوش مصنوعی اغلب بسیار متفاوت است و در طول آموزش تقویت یا عملیات نتیجه گیری، بار حرارتی ممکن است به سرعت بالا برود.این شرایط ممکن است منجر به کاهش عملکرد شود.، زمان توقف برنامه ریزی نشده و تخریب تسریع سخت افزار.
برای پاسخگویی به این خواسته های در حال ظهور، روش های خنک کننده پیشرفته تر برای مراکز داده باید اتخاذ شود. خنک سازی مستقیم تراشه یک روش خنک کننده رایج است. این فناوری لوله های خنک کننده، بشقاب های سرد،یا مبادلات گرما به طور مستقیم با دستگاه های قدرتمند مانند CPUعلاوه بر این، روش خنک کننده غوطه ور نیز می تواند انتخاب شود، که شامل غوطه ور کردن کل سرور در مایع غیر رسانا است.
تهویه مطبوع نیز در حال پیشرفت است.واحدهای خنک کننده بین ردیف و واحدهای خنک کننده داخلی در کابینت می توانند خنک کننده منطقه را بر اساس کل سیستم تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر فراهم کنند.، یعنی در زمان واقعی به مشکلات بیش از حد گرم شدن محلی پاسخ دهید.
اگرچه شرایط خاص این سیستم های خنک کننده متفاوت است، اما همه آنها تقاضا برای نظارت بر دمای با توزیع گسترده تر و پاسخ سریع تر را افزایش می دهند.این مقاله به عنوان یک مثال از سیستم خنک کننده چیپ متصل به طور مستقیم استفاده می کند. هر تراشه هدف نیاز به مجهز به یک سنسور سینک گرما برای اطمینان از استانداردهای دمای حفظ شده است. لازم است برای نظارت بر ورود مایع خنک کننده از طریق سنسورهای لوله نصب شده،و دیگر سنسورها باید بر روی دستگاه توزیع مایع خنک کننده و مبادله گرما نصب شوند تا عملکرد کارآمد سیستم تضمین شود..
مزایای سنسورهای ترمیستور NTC در برنامه های کاربردی مرکز داده
ترمیستورهای NTC می توانند تمام این الزامات را برآورده کنند. همانطور که از نامش معلوم است، مقاومت سنسورهای NTC با افزایش دمای کاهش می یابد. در مورد ترمیستورهای NTC،این امر از طریق یک عنصر سرامیکی اکسید حساس به حرارت کوچک که در یک پوشش محافظ فلزی یا رزین اپوکسی قرار دارد، به دست می آید..
شکل 1 منحنی مقاومت دمایی معمولی یک ترمیستور با مقاومت نامی 2-5 k Ω در 25 ° C را نشان می دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، هرچه مقاومت بیشتر باشد،هرچه ترمیستور برای کاربردهای دمای بالا مناسب تر باشد، زیرا اندازه گیری تغییر در مقاومت آسان تر است..
نمودار منحنی مقاومت دمایی معمولی
شکل 1: منحنی مقاومت دمایی معمولی یک ترمیستور با مقدار نامی 2 k Ω تا 5 k Ω در 25 ° C (منبع تصویر: EPCOS (TDK))
مزایایی که ترمیستورهای NTC به مراکز داده های هوش مصنوعی می آورند عبارتند از:
دقت بالا و پاسخ سریع: بسیار حساس به تغییرات خفیف دمای، و به دلیل جرم حرارتی کوچک، سرعت پاسخ سریع است.این ویژگی ها به ترمیستورهای NTC امکان می دهد تا به طور موثر نیازهای گرمایی سریع مراکز داده های هوش مصنوعی را برآورده کنند.
دوام و ثبات: از مواد محکم ساخته شده، قابلیت اطمینان طولانی مدت و مقاومت کم در طول زمان دارد.این ثبات نیاز به تعمیر و نگهداری را به حداقل می رساند و خطر توقف غیر منتظره را تا حد ممکن کاهش می دهد.
اندازه کامپکت و نصب انعطاف پذیر: با اندازه کوچک آن، می تواند به راحتی در محیط های مرکز داده فشرده دستگاه با فضای محدود ادغام شود.می تواند نیازهای متنوع سیستم های خنک کننده را در مراکز داده هوش مصنوعی برآورده کند.
سری ترمیستور EPCOS NTC به طور کامل این مزایا را تجسم می کند. این سری محصولات شامل راه حل هایی برای نظارت بر رادیاتورها و خط لوله ها، سیستم های خنک کننده زیر آب و واحدهای کنترل هوا است.
نظارت بر اجزای قدرت بالا با استفاده از ترمیستورهای NTC نصب شده در حرارتی
پردازنده های با قدرت بالا مانند GPU و TPU نیاز به نظارت حرارتی دقیق برای حفظ عملکرد و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد دارند.B57703M0103G040 (شکل 2) برای نصب مستقیم بر روی حرارتی استفاده می شوداین سنسور ثابت پیچ یک ترمستور NTC را در یک هاسینگ برچسب فلزی با گوش های حلقه ای برجسته گنجانده است.
EPCOS B57703M0103G040 ترمیستور پایانی حلقه ای
شکل 2: ترمستور حلقه ای B57703M0103G040 می تواند نظارت دقیق بر دمای حرارتی پردازنده های با قدرت بالا را به دست آورد (منبع تصویر: EPCOS (TDK))
طراحی سنسورهای ثابت پیچ هم راحت است و هم مهم، تضمین اتصال خوب حرارتی با سطح حرارتی و فشار تماس ثابت،بنابراین مقاومت حرارتی را کاهش می دهد و دقت اندازه گیری را در صورت تغییر سریع بار بهبود می بخشد.
سنسور یک تست پایداری طولانی مدت 10000 ساعت را در دمای +70 ° C پشت سر گذاشت و می تواند در شرایط دمای بالا که معمولا در بارهای کار مرکز داده های هوش مصنوعی یافت می شود استفاده شود.مقاومت نامی سنسور در +25 ° C 10 k Ω است، ارائه یک پایه قابل اعتماد برای اندازه گیری دماهای عملیاتی بالاتر و بازخورد دقیق برای سیستم کنترل دمای.
نظارت بر لوله های خنک کننده مایع با استفاده از ترمیستورهای NTC
سیستم های خنک کننده مایع به تامین مداوم مایع خنک کننده در دمای مناسب متکی هستند.B58100A0506A000 (شکل 3) یک ترمیستور 10 k Ω NTC است که می تواند به سرعت در خط لوله نصب شود و یک انتخاب ایده آل برای نظارت بر خطوط تامین خنک کننده استاین قطعه قالب بندی شده می تواند مستقیماً بر روی لوله هایی با قطر 18mm تا 19mm قرار گیرد یا می تواند با توجه به موقعیت های مختلف نصب، به اندازه های دیگر لوله ها سازگار شود.تماس های بلوند ساخته شده می تواند به طور مستقیم به تجهیزات نظارت متصل شود.