超前部署下一代AI伺服器 雙相浸沒式冷卻現身COMPUTEX2024

作者: 黃繼寬
2024 年 06 月 14 日

為滿足生成式AI模型訓練對運算能力的巨大需求,伺服器GPU加速器晶片規模快速增加,其所散發的熱量亦出現驚人成長。雖然單相水冷板(Cold Plate)已可解決當前最新一代GPU加速器的散熱問題,但在COMPUTEX2024期間,不少業者亦展示解熱能力更好的浸沒式冷卻方案,顯示業界已有心理預期,2026年問世的下一代的GPU加速器將更加火熱,可能得動用散熱效率更好的浸沒式散熱,甚至雙相浸沒式散熱。

其陽與超微(AMD)、廣運、法國Inventec等合作夥伴,在COMPUTEX2024期間公開展示的雙相浸沒式液冷系統。在處理器表面的銅板蒸發器(Boiler)上,刻意配置了能促進氣泡產生並快速脫離元件表面的凹穴,以便將散熱效果發揮到極致。

其陽科技資深熱流經理劉承恩指出,GPU加速器的算力不斷成長,TDP也隨之增加。根據GPU供應商的技術發展路線圖,單相水冷板散熱技術可能再過幾年,就無法滿足新一代GPU加速器的需求。因此,為了預做準備,業界都在積極布局單相或雙相浸沒式散熱技術,其陽也是其中之一。

目前先進散熱技術包含可以再細分為雙相花灑型冷板、單相或雙相浸沒式與花灑噴霧型冷板這幾種技術路線,其中又以單雙相浸沒式技術較為成熟。而其陽與超微(AMD)、廣運、法國Inventec(按:法國Inventec是法國化工集團Dehon的子公司之一,碰巧與英業達的英文名字相同)等合作夥伴,在本屆COMPUTEX展中聯合展示的產品,就是較為先進的雙相浸沒式冷卻。該系統具有單槽8kW的散熱能力。

由Inventec提供的THERMALSOLV NEMO 1,是專為雙相浸沒式液冷所設計的冷卻液。其沸點為攝氏54度,且不含PFAS物質,全球暖化潛勢(GWP)為0,解決了雙相浸沒式液冷所使用的冷卻液,會對環境造成衝擊的問題。

不過,因為該冷卻液不含PFAS,化學活性較大,會對某些高分子材料產生化學反應,因此泡在這種冷卻液中的伺服器主機板,其所使用的板材、線材與連接器,必須挑選不會產生反應的材料。目前其陽還在持續測試該冷卻液對高分子材料的化學反應狀況,希望藉由長期實驗找出最不會有反應的材料,確保使用雙相浸沒式液冷技術的客戶,能得到最好的可靠度。

除了尋找最適當的材料外,為了將雙相浸沒式冷卻的效益發揮到極致,在主機板與相關配件的設計上,其陽也做了許多細緻的微調,並已申請大量專利保護。劉承恩透露,要把雙相浸沒式液冷的效能發揮到極致,最主要的關鍵有二,一是槽體內蒸氣流道的設計,二是蒸發器的表面設計。

雙相浸沒式液冷是靠熱對流液體潛熱吸收後蒸發,把元件上的熱帶走,因此在設計主機板跟槽體時,必須確保被底部高熱元件加溫過的冷卻液,在上升過程中不會再流經其他位於頂部的高熱元件,否則會干擾其他元件散熱。而蒸發器的表面結構設計,則是雙相浸沒式液冷特有的需求。由於雙相浸沒式液冷的冷卻液被元件加溫後會變成氣體,因此元件表面必須具有能促進氣泡產生,並且讓氣泡快速脫離元件表面的微結構,否則氣泡堆積在元件表面,反而會對散熱造成負面影響。

劉承恩總結說,浸沒式液冷是比冷板技術更全面性的散熱技術,不只具有更高的解熱能力,而且還能輕鬆帶走整張主機板上,包含處理器、記憶體、MOSFET等元件上的熱量,不像水冷板技術,必須設計非常複雜的冷板,才能照顧到處理器旁邊的其他高熱元件。因此,即便浸沒式液冷的前期投資門檻較高,但長期來看,反而會是更有性價比的選擇。

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