고밀도 컴퓨팅 장비의 열 방출 방식은 액침 냉각 기술로 인해 완전히 바뀌고 있습니다. 이 기술은 전자 장비를 비전도성 유전체 유체에 직접 담그고 액체의 높은 열용량과 열전도율 덕분에 효율적인 방열을 달성합니다. 기존 공기 냉각과 비교하여 침수 냉각은 에너지 소비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 컴퓨팅 성능을 향상하고 장비 수명을 연장할 수 있습니다. 데이터센터의 전력 밀도가 지속적으로 증가하고 인공지능 컴퓨팅에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 이 기술은 열 관리 병목 현상을 해결하는 핵심 솔루션으로 자리잡고 있습니다.
침수 냉각이 에너지 소비를 줄이는 방법
침수식 냉각 시스템을 사용하면 팬과 에어컨이 필요 없기 때문에 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 서버 팬은 일반적으로 장비 전체 전력의 10%~15%를 소비합니다. 그러나 침수 냉각 환경에서는 이러한 팬을 완전히 제거할 수 있습니다. 동시에 액체의 열전도 효율이 공기의 열전도 효율보다 수백 배 높기 때문에 냉각 시스템은 저온 환경을 유지할 필요가 없으며 냉각 펌프의 에너지 소비는 기존 CRAC 장치보다 훨씬 낮습니다.
실제 운영 데이터에 따르면 침수 냉각을 사용하는 데이터 센터의 PUE 값은 이론적 한계에 가까운 1.03~1.08 정도로 떨어질 수 있습니다. 부분 침수 냉각을 사용하는 Google 시설 중 하나는 냉각 에너지 소비량이 90% 감소했다고 보고했습니다. 이러한 에너지 효율성 향상은 운영 비용을 절감할 뿐만 아니라 탄소 배출량을 크게 줄여 지속 가능한 발전을 추구하는 기업에게 매우 매력적입니다.
침수 냉각이 컴퓨팅 밀도를 높일 수 있는 이유
기존 데이터 센터에서는 랙 밀도가 공기 냉각 용량에 의해 제한되며 일반적으로 랙당 40kW를 초과하기 어렵습니다. 그러나 침지식 냉각 시스템은 공기가 효과적으로 도달할 수 없는 영역을 포함하여 모든 칩 표면의 열을 액체가 직접 흡수할 수 있기 때문에 랙당 100kW를 초과하는 전력 밀도를 쉽게 지원할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 동일한 공간에 더 많은 서버를 배포할 수 있습니다.
침수 냉각은 AI 훈련 클러스터 및 암호화폐 채굴 시설과 같은 고밀도 컴퓨팅 시나리오에서 널리 사용되었습니다. 특정 비트코인 광산은 침수 냉각 시스템을 배치하여 원래 공간의 ASIC 채굴기 수를 50% 늘렸습니다. 공간이 제한된 도시 데이터 센터의 경우 이러한 밀도 증가는 확장하지 않고도 더 강력한 컴퓨팅 성능을 얻을 수 있음을 의미하므로 새로운 시설 구축에 대한 투자가 직접적으로 지연됩니다.
침수 냉각으로 장비 수명을 연장하는 방법
산화가 제거되고 부식이 제거되며 열 순환 스트레스가 제거되어 침수 냉각 환경에서 전자 장치 수명이 연장됩니다. 유전체 유체는 반응성 가스가 없는 환경을 조성하여 회로 기판의 산소 부식을 방지하고 회로 기판의 습기 부식도 방지합니다. 동시에 안정적인 온도 조건을 통해 장비는 반복적인 열팽창 및 수축으로 인한 기계적 응력을 피할 수 있습니다.
과학적 연구 결과에 따르면 침수 냉각 시스템 내 서버의 고장 확률은 기존 냉각 방식보다 50% 이상 낮습니다. 마이크로소프트 수중 데이터센터가 발표한 보고서에 따르면 서버 장애 확률은 육상 시설의 8분의 1에 불과하다. 매우 높은 신뢰성이 요구되는 금융 거래나 의료 시스템의 경우 이러한 안정성 향상은 비즈니스 연속성 보장으로 직접적으로 해석됩니다.
침수 냉각에는 어떤 유형이 있나요?
단상 침수 냉각은 유체의 자연 대류 또는 펌프 구동 순환을 통해 유체를 액체 상태로 유지합니다. 이러한 종류의 시스템은 구조가 비교적 간단하고 유지 관리가 용이하며 대부분의 상업용 애플리케이션에 적합합니다. 이중 위상 침지 냉각은 유체 위상 변화의 원리를 사용합니다. 냉각수는 열원과 접촉하면 끓고 증기는 응축기에서 다시 액체로 변합니다. 열 방출 효율은 더 높지만 시스템이 더 복잡합니다.
단상 시스템과 2상 시스템 중 하나를 선택할 때는 비용 대비 성능을 고려해야 합니다. 전력 밀도가 50~100kW/랙인 시나리오는 단상 시스템에 적합하며 초기 투자 비용이 낮습니다. 이중 위상 시스템은 초고성능 컴퓨팅과 같은 극단적인 시나리오에 적합하지만 밀봉 요구 사항과 제조 비용이 더 높습니다. 현재 시장에서는 GRC 등 주요 공급업체가 다양한 요구 사항에 맞는 다양한 솔루션을 제공합니다.
침수 냉각 시스템을 유지하는 방법
침수 냉각 시스템의 일상적인 유지 관리는 주로 유체 관리 및 장비 접근에 중점을 둡니다. 유전성 유체는 이론적으로 교체할 필요는 없지만 전기화학적 특성과 순도를 정기적으로 테스트하는 것은 매우 필요합니다. 대부분의 제조업체는 절연 성능 저하가 없는지 확인하기 위해 1년에 한 번 유체 분석을 수행할 것을 권장합니다. 장비를 검사할 때 리프팅 메커니즘을 사용하여 서버 랙을 액체 표면에서 잠시 이동해야 합니다.
실제 작업에서 유지 관리 팀은 액체 환경에서의 작업에 적응해야 합니다. 유체가 전도성이 없더라도 유지 관리를 수행하기 전에 장비의 전원이 완전히 꺼진 상태인지 확인해야 합니다. 다행히 먼지 쌓임이나 부식 문제가 없어 예방정비 빈도가 현저히 줄어들었습니다. 많은 운영자는 유지 관리에 필요한 인력이 70% 감소했으며 필터 교체, 채널 밀봉과 같은 기존 작업이 더 이상 필요하지 않다고 보고했습니다.
침수 냉각은 어떤 응용 시나리오에 적합합니까?
침수 냉각은 과학 연구, 날씨 시뮬레이션, 유전자 시퀀싱 등과 같은 고성능 컴퓨팅에 자연스러운 응용 시나리오를 가지고 있습니다. 이러한 응용 프로그램은 종종 수만 개의 코어가 함께 작동해야 하므로 엄청난 양의 열을 발생시킵니다. 미국 국립연구소의 슈퍼컴퓨터가 침수식 냉각 방식을 사용한 뒤 열 방출 문제를 해결할 뿐만 아니라 재활용된 열을 이용해 인근 건물을 가열하는 효과도 있다.
엣지 컴퓨팅 시나리오에서는 침수 냉각에 점점 더 의존하고 있습니다. 공간이 제한된 5G 기지국, 선박 및 현장 배포에서 소형 형식의 침수 냉각 시스템은 기존 냉각보다 더 큰 이점을 보여줍니다. 자율주행 사업에 종사하는 한 회사는 열악한 환경 조건에 대처하기 위해 도로변 컴퓨팅 장치에 침수 냉각을 사용할 계획입니다. 칩 성능이 지속적으로 증가함에 따라 침지 냉각은 특수 솔루션에서 주류 선택으로 변모하고 있습니다.
귀하의 작업 환경에서 침수 냉각 기술의 이점을 가장 많이 누릴 수 있는 고출력 장비는 무엇인지 묻고 싶습니다. 원하신다면 댓글 영역에서 의견을 공유해 주세요. 이 글이 도움이 되셨다면 좋아요를 눌러주시고 이 글에 관심이 있는 동료들과 공유해 주세요.
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