(相關(guān)資料圖)
在俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，有24臺(tái)裝有基于英特爾至強(qiáng)處理器的服務(wù)器，被置于一個(gè)充滿合成且非導(dǎo)電油的槽中，并保持開(kāi)機(jī)狀態(tài)。浸沒(méi)式液冷是一種比傳統(tǒng)風(fēng)冷更為有效的處理器散熱方式。英特爾正與行業(yè)伙伴展開(kāi)合作，為目前和未來(lái)的數(shù)據(jù)中心研發(fā)多樣化解決方案。
摩爾定律的演進(jìn)發(fā)展意味著需要在集成電路上增加更多晶體管，并逐步增加內(nèi)核。如此一來(lái)，在提高性能的同時(shí)，也需要更多的能源。
在過(guò)去十年中，英特爾通過(guò)對(duì)處理器進(jìn)行優(yōu)化，已經(jīng)節(jié)省了約1000兆瓦時(shí)的電力。這些成果的取得也同時(shí)得益于包括系統(tǒng)風(fēng)扇、數(shù)據(jù)中心室內(nèi)冷卻設(shè)備，以及芯片級(jí)冷卻在內(nèi)的多項(xiàng)冷卻技術(shù)，這些技術(shù)可以更好地管理處理器產(chǎn)生的熱量，降低能耗并減少碳排放。
然而，這些冷卻功能的實(shí)現(xiàn)，本身即需要高達(dá)40%的數(shù)據(jù)中心能源消耗。因此，英特爾希望在未來(lái)，能夠以更為節(jié)能的方式完成優(yōu)化、提高性能，而風(fēng)冷可能不是最佳解決方案。
幸運(yùn)的是，目前，英特爾正與液冷行業(yè)的生態(tài)伙伴進(jìn)行合作。從浸沒(méi)式液冷箱供應(yīng)商到液體供應(yīng)商，再到自己的實(shí)驗(yàn)室，英特爾與行業(yè)伙伴通過(guò)使計(jì)算組件與導(dǎo)熱液體直接接觸等方式，打造創(chuàng)新的解決方案。其中，一些解決方案目前看來(lái)似乎有些天馬行空，例如嵌入珊瑚形散熱器的三維真空蒸發(fā)腔均溫板，或者由AI控制調(diào)整的、可將冷液射到芯片熱區(qū)以消除熱量的微型噴氣機(jī)等，但所有這些都在英特爾的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行和研發(fā)和探索。
數(shù)據(jù)中心的“冷卻革命”
根據(jù)2022年國(guó)際能源署的研究，2021年全球數(shù)據(jù)中心的用電量為220至320兆瓦時(shí)，或約占全球電力需求的0.9%至1.3%。
數(shù)據(jù)中心和世界頂級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的能源使用量的增加，使液冷從設(shè)想到邊緣技術(shù)，如今逐步成為主流。
英特爾十多年來(lái)一直支持浸沒(méi)式液冷，因?yàn)橥ㄍ沙掷m(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模超級(jí)計(jì)算機(jī)的道路，亟需一場(chǎng)關(guān)于“冷卻”的革命以適應(yīng)更強(qiáng)大的處理器。
"英特爾：沉浸式液冷的時(shí)機(jī)已至！"，這是2022年10月26日刊登于《數(shù)據(jù)中心前沿》的頭條新聞。在同期舉行的開(kāi)放計(jì)算峰會(huì)上，英特爾公司副總裁兼數(shù)據(jù)中心工程和架構(gòu)部總經(jīng)理ZaneBall談?wù)摿藢?duì)浸沒(méi)式液冷與日俱增的關(guān)注，并宣布英特爾將與開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目和液冷供應(yīng)商進(jìn)行合作并制定標(biāo)準(zhǔn)，使該技術(shù)更易于應(yīng)用。
"關(guān)于液冷的談?wù)撘呀?jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，"Ball表示，"這一直是英特爾計(jì)劃去做的事情。我們相信，眼下已經(jīng)到了需要液冷在數(shù)據(jù)中心發(fā)揮更大作用的時(shí)候了。"
2021年，英特爾宣布與浸沒(méi)式液冷領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者Submer合作，共同開(kāi)發(fā)在數(shù)據(jù)中心中使用Submer冷卻技術(shù)的英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器。2022年1月，英特爾宣布與GRC公司（Green Revolution Cooling）達(dá)成協(xié)議，在未來(lái)的數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算中設(shè)計(jì)、部署定制化的前沿浸沒(méi)式液冷技術(shù)。同年，英特爾為其至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器提供了業(yè)界首創(chuàng)的浸沒(méi)式液冷保修服務(wù)。
可持續(xù)發(fā)展推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新
浸沒(méi)式液冷是英特爾實(shí)現(xiàn)凈零排放承諾的重要組成部分。由IT設(shè)備產(chǎn)生的高達(dá)99%的熱量，可以經(jīng)由水或其他形式的液態(tài)冷卻劑釋放。其原理與空調(diào)系統(tǒng)類似，熱量不需要通過(guò)風(fēng)扇散發(fā)，而是傳入液體中，然后通過(guò)循環(huán)實(shí)現(xiàn)散發(fā)。而且，這些熱量甚至可以被收集起來(lái)并重新利用。
英特爾數(shù)據(jù)中心與人工智能事業(yè)部首席產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展官Jen Huffstetler表示：“浸沒(méi)式液冷是一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以通過(guò)減少能源和水的使用，解決數(shù)據(jù)中心面臨的一些重大挑戰(zhàn)，而且還能幫助客戶在降低TCO的同時(shí)，提高整體計(jì)算密度?！?/p>
顛覆性的解決方案需要?jiǎng)?chuàng)新，但同時(shí)也需要市場(chǎng)準(zhǔn)備就緒，且兼具可執(zhí)行和可測(cè)試性。英特爾將攜手初創(chuàng)公司和學(xué)術(shù)專家共同圍繞該技術(shù)展開(kāi)深入研究，以期在未來(lái)五年內(nèi)打造出開(kāi)放式解決方案，助力英特爾和全球數(shù)據(jù)中心減少能源足跡。
液冷的新材料和新結(jié)構(gòu)
英特爾研究人員正在研發(fā)新的解決方案，以支持和滿足下一代架構(gòu)的功耗和熱管理需求，其中包括高達(dá)2千瓦的設(shè)備。
在一眾解決方案中，研究人員正在針對(duì)三維真空蒸發(fā)腔均溫板展開(kāi)研究，即在一種密封且扁平的金屬腔內(nèi)部充滿液體。研究人員旨在通過(guò)使用改進(jìn)的沸騰增強(qiáng)覆層，在待冷卻器件表面形成盡可能多的氣化核心，增加核態(tài)沸騰的散熱能力。
沸騰是冷卻高功率電子設(shè)備和維持均勻溫度分布的最有效方法之一。由先進(jìn)材料制成的沸騰增強(qiáng)涂層可以在金屬表面形成更多的成核點(diǎn)，從而促進(jìn)沸騰的發(fā)生，提高熱傳導(dǎo)效率。如今，這些涂層被應(yīng)用在平坦的表面上，但研究表明，具有內(nèi)部凹槽狀特征的珊瑚樣散熱器設(shè)計(jì)具有二相式浸沒(méi)式液冷的最高外部傳熱系數(shù)潛力。
英特爾計(jì)劃通過(guò)二次加工技術(shù)，將具有超低熱阻的三維真空蒸發(fā)腔均溫板，集成到珊瑚形浸沒(méi)式液冷散熱器的設(shè)計(jì)中。
與此同時(shí)，英特爾研究人員也正在探索另一種解決方案，即使用流體噴射的方式冷卻最高功率的設(shè)備。與典型散熱器或傳統(tǒng)冷板通過(guò)液體覆蓋表面的方式不同，冷卻噴嘴直接將流體引向表面。芯片封裝的頂蓋上直接設(shè)計(jì)了液體射流通道，該設(shè)計(jì)可讓冷卻液體直接噴射至待冷卻的高功率芯片，省去了常規(guī)方案中需要使用的熱界面材料，可有效降低散熱通路的熱阻，提高冷卻能力。隨著多芯片模塊變得越來(lái)越難以冷卻，該技術(shù)可以根據(jù)每個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制，并可以有效地針對(duì)熱點(diǎn)，使處理器以較低溫度運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)同功耗下5%-7%的性能提升。
從處理器設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)，英特爾始終專注于推進(jìn)摩爾定律并提高能效。
英特爾超級(jí)計(jì)算平臺(tái)事業(yè)部熱設(shè)計(jì)師TejasShah表示：“為應(yīng)對(duì)未來(lái)十年內(nèi)處理器功耗的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，推進(jìn)和創(chuàng)新兼具前瞻性和可擴(kuò)展性的熱技術(shù)尤為重要。英特爾正處于提高和標(biāo)準(zhǔn)化這項(xiàng)技術(shù)的前沿領(lǐng)域，而這也對(duì)我們未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要。”
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