Flüssigkeitskühlungstechnologie: Effizienzsteigerung für hochdichte Rechenzentren

 

ⅠVorteile der Flüssigkeitskühlungstechnologie

 

Im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung bietet die Flüssigkeitskühlung folgende Vorteile:geringer Energieverbrauch, hohe Wärmeableitung, geringe Geräuschentwicklung und niedrige Gesamtbetriebskosten, entsprechend dem Trend zu hohem Energieverbrauch und hoher Dichte in Rechenzentren:

 

• Effiziente Wärmeableitung:Die Kühlleistung von Flüssigkeit beträgt das 1.000- bis 3.000-fache der von Luft. Daher eignet sich die Flüssigkeitskühlung besser für Serveranwendungen mit hohem Energie- und Leistungsbedarf.
• Energieeinsparungen:Flüssigkeitskühlsysteme können höhere Energieeffizienzwerte erreichen und so den Energieverbrauch von Rechenzentren senken. Flüssigkeitskühltechnologie, insbesondere Immersionskühlung, kann den PUE (Power Usage Effectiveness) eines Rechenzentrums auf unter 1,2 senken und so im Vergleich zu herkömmlichen Luftkühlungsmethoden 30-50 % Strom einsparen.
• Erhöhte Gerätezuverlässigkeit:Mithilfe der Flüssigkeitskühlungstechnologie lassen sich Geräteausfälle durch hohe Temperaturen reduzieren, die Lebensdauer von Servern verlängern und durch Lüfter verursachte Vibrationen und Geräusche vermeiden.
• Platzersparnis:Durch die Flüssigkeitskühlung ist ein kompakteres Server-Layout möglich, da keine großen Luftzirkulationsräume wie bei der Luftkühlung erforderlich sind. Dadurch wird Stellfläche im Rechenzentrum gespart.
• Erhöhte Leistungsdichte:Flüssigkeitskühlung unterstützt höhere Rack-Leistungsdichten und erfüllt die Anforderungen von Hochleistungsrechnern und KI-Anwendungen. Immersionskühlungslösungen können die Leistung eines einzelnen Racks auf 100 kW oder sogar über 200 kW erhöhen.

 

Gängige Flüssigkeitskühlungstechnologien wie Kaltplatten- und Immersionskühlung übertreffen die herkömmliche Luftkühlung in puncto Wärmeableitung, Integration und Energieeffizienz deutlich.

 

 

▲ Flüssigkeitskühlung

 

 

ⅡBreitere Verbreitung der Flüssigkeitskühlungstechnologie

 

Mit der Revolution der künstlichen Intelligenz und dem Wandel der digitalen Wirtschaft entwickeln sich Rechenzentren in Richtung eines höheren Energieverbrauchs und einer höheren Dichte, was zu einer breiteren Einführung der Flüssigkeitskühlungstechnologie führt. Herkömmliche Luftkühlung kann den Kühlbedarf von Rechenzentren nur mit 2,7 kW pro Rack decken, was für Rechenzentren mittlerer bis hoher Dichte nicht ausreicht. Flüssigkeitskühlung mit ihrer hohen spezifischen Wärmekapazität und konvektiven Wärmeübertragungsfähigkeit kann den Kühlbedarf von Rechenzentren mit 2,7-30kW pro Rack decken und bewältigt so die Herausforderung der ultrahohen Wärmestromdichte. In Zukunft wird die Flüssigkeitskühlungstechnologie im Rechenzentrumsbereich immer häufiger zum Einsatz kommen.

 

Der hohe Rechenleistungsbedarf großer KI-Modelle treibt den Aufbau einer KI-Infrastruktur voran.Während die AIGC-Branche in eine Phase rasanter Entwicklung eintritt, führt die kontinuierliche Verbesserung der Leistung großer KI-Modelle, unterstützt durch Training mit Billionen von Parametern, zu einem erheblichen Rechenbedarf, der wahrscheinlich eine neue Welle des Aufbaus von KI-Infrastrukturen auslösen wird. Laut OpenAI hat sich der Rechenbedarf für das Training von KI-Modellen seit 2012 alle 3,4 Monate verdoppelt.

 

Nehmen wir als Beispiel das GPT-3-Modell. Laut Lambdalabs-Daten hat dieses Modell 175 Milliarden Parameter und eine Trainingsberechnung von insgesamt 3.640 PFlop/s-Tagen (d. h. es würde 3.640 Tage dauern, um die Berechnung bei 1 PFlop/s abzuschließen). Ein einzelner Trainingslauf des Modells erfordert etwa 355 CPU-Jahre und kostet 4,6 Millionen US-Dollar (unter der Annahme, dass Nvidia Tesla V100-Chips verwendet werden).

 

▲ Offene KI

 

ⅢDer dringende Bedarf an hoher Rechenleistung treibt die Entwicklung der KI-Infrastruktur voran

 

Eine hohe Rechenleistung für das Training muss mit einer entsprechenden Infrastruktur einhergehen. Laut dem „2022-2023 China Artificial Intelligence Computing Power Development Assessment Report“ werden die weltweiten Ausgaben für KI im Jahr 2023 voraussichtlich um 27,9 % steigen, während die intelligente Rechenleistung Chinas voraussichtlich 427 EFlop/s erreichen wird, was einer Steigerung von 59 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

 

Da die KI-Branche schnell wächst, führt die erhebliche Lücke bei der Rechenleistung zu einem rasanten Wachstum bei den KI-Serverlieferungen. Im Jahr 2023 wurden weltweit 470.000 bzw. 270.000 Einheiten an allgemeinen KI-Servern/High-End-KI-Servern ausgeliefert, was einem Wachstum von 36,6 % bzw. 490,5 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Es wird erwartet, dass im Jahr 2024 die weltweiten Lieferungen an allgemeinen KI-Servern und High-End-KI-Servern 725.000 bzw. 543.000 Einheiten erreichen werden, was einem Wachstum von 54,2 % bzw. 172,0 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

 

▲ Schnelles Wachstum bei KI-Server-Auslieferungen

 

Laut derDetaillierter Forschungsbericht zum Markt für flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren in China 2023Der Markt für flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren in China wird voraussichtlich im Jahr 2024 23,63 Milliarden Yuan erreichen, was einem Anstieg von 53 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Basierend auf der Marktnachfrage und der Entwicklung des Branchenökosystems wird für den Markt in den nächsten fünf Jahren eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 59 % prognostiziert. Bis 2027 wird mit der kommerziellen Einführung großer KI-Modelle und der Reifung des Ökosystems für Flüssigkeitskühlung ein deutliches Wachstum des Marktes erwartet, das möglicherweise 102 Milliarden Yuan erreichen wird.