Met de toenemende vraag naar kunstmatige intelligentie (AI) en de verbetering van de stroomdichtheid worden datacenters geconfronteerd met ongekende uitdagingen op het gebied van thermisch beheer. Nauwkeurige realtime temperatuurmonitoring is vereist om de prestaties en efficiëntie te optimaliseren en tegelijkertijd oververhitting te voorkomen. Deze detectieoplossingen moeten nauwkeurig, responsief en robuust zijn en in staat zijn om te gaan met snel veranderende thermische belastingen op hooggevoelige apparaten.
Dit artikel onderzoekt de uitdagingen op het gebied van thermisch beheer waarmee moderne AI-datacenterontwerpers worden geconfronteerd, en biedt een gedetailleerde analyse van verschillende koelsystemen, waaronder airconditioning, immersiekoeling en oplossingen voor thermisch beheer. Introduceer vervolgens de thermistoroplossingen met negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) van EPCOS (TDK) en leg uit hoe u deze oplossingen kunt gebruiken om uitdagingen op het gebied van thermisch beheer aan te pakken.
Waarom zullen AI-datacenters nieuwe uitdagingen op het gebied van thermisch beheer met zich meebrengen?
AI-hardware zoals grafische verwerkingseenheden (GPU's) en tensorverwerkingseenheden (TPU's) verbruiken doorgaans veel meer stroom dan traditionele centrale verwerkingseenheden (CPU's). Daarom hebben datacenters met een focus op AI vaak een relatief hoge vermogensdichtheid en geconcentreerde hotspots, waardoor het moeilijk is om ze te beheren met traditionele koelingsmethoden.
Erger nog, de AI-werklast varieert vaak enorm, en tijdens versterkingstraining of gevolgtrekkingsoperaties kunnen de thermische belastingen snel stijgen. Als er geen goed thermisch beheer wordt uitgevoerd, kunnen deze situaties leiden tot prestatievermindering, ongeplande downtime en verslechtering van de hardwareversnelling.
Om aan deze opkomende eisen te voldoen, moeten er meer geavanceerde koelmethoden voor datacenters worden toegepast. Directe chipkoeling is een veelgebruikte koelmethode. Deze technologie lijnt koelpijpen, koude platen of warmtewisselaars rechtstreeks uit met krachtige apparaten zoals CPU's, GPU's en geheugen. Daarnaast kan er ook gekozen worden voor de dompelkoelingsmethode, waarbij de gehele server in niet-geleidende vloeistof wordt ondergedompeld.
Ook de airconditioning ondergaat verschillende upgrades. Koelunits tussen rijen en ingebouwde koelunits in kasten kunnen bijvoorbeeld zonekoeling bieden op basis van het algehele airconditioningsysteem van de computerruimte, dat wil zeggen in realtime reageren op lokale oververhittingsproblemen.
Hoewel de specifieke omstandigheden van deze koelsystemen variëren, stimuleren ze allemaal de vraag naar temperatuurmonitoring met een bredere distributie en snellere respons. Dit artikel neemt het direct aangesloten chipkoelsysteem als voorbeeld. Elke doelchip moet worden uitgerust met een koellichaamsensor om ervoor te zorgen dat de temperatuurnormen worden gehandhaafd. Het is noodzakelijk om de instroom van koelvloeistof te monitoren via op de pijpleiding gemonteerde sensoren, en er moeten andere sensoren worden geïnstalleerd op het koelmiddeldistributieapparaat en de warmtewisselaar om een efficiënte werking van het systeem te garanderen.
De voordelen van NTC-thermistorsensoren in datacentertoepassingen
NTC-thermistors kunnen aan al deze eisen voldoen. Zoals de naam al doet vermoeden, neemt de weerstand van NTC-sensoren af bij toenemende temperatuur. Wat NTC-thermistors betreft, wordt dit bereikt door een klein thermisch gevoelig oxide-keramisch element ingesloten in een beschermende behuizing van metaal of epoxyhars.
Figuur 1 toont de typische temperatuurweerstandscurve van een thermistor met een nominale weerstand van 2-5 kΩ bij 25 ° C. Zoals weergegeven in de figuur: hoe groter de weerstand, hoe geschikter de thermistor voor toepassingen bij hoge temperaturen, omdat de verandering in weerstand gemakkelijker te meten is.
Typische grafiek van de temperatuurweerstandscurve
Figuur 1: De typische temperatuurweerstandscurve van een thermistor met een nominale waarde van 2 k Ω tot 5 k Ω bij 25 ° C. (Bron afbeelding: EPCOS (TDK))
De voordelen die NTC-thermistors voor AI-datacenters bieden, zijn onder meer:
Hoge precisie en snelle respons: extreem gevoelig voor kleine temperatuurschommelingen en door de kleine thermische massa is de responssnelheid snel. Dankzij deze functies kunnen NTC-thermistors effectief voldoen aan de snel fluctuerende thermische eisen van AI-datacenters.
Duurzaamheid en stabiliteit: Gemaakt van stevige materialen, heeft het een uitstekende betrouwbaarheid op de lange termijn en een minimale weerstandsdrift in de loop van de tijd. Deze stabiliteit minimaliseert de onderhoudsvereisten en vermindert het risico op onverwachte stilstand zoveel mogelijk.
Compact formaat en flexibele installatie: Dankzij het kleine formaat kan het eenvoudig worden geïntegreerd in apparaatintensieve datacenteromgevingen met beperkte ruimte. Met verschillende vormen kan het voldoen aan de uiteenlopende behoeften van koelsystemen in datacenters voor kunstmatige intelligentie.
De EPCOS NTC-thermistorserie belichaamt deze voordelen volledig. Deze productserie omvat oplossingen voor het monitoren van radiatoren en pijpleidingen, ondergedompelde koelsystemen en luchtbehandelingsunits.
Bewaking van componenten met hoog vermogen met behulp van NTC-thermistors die op koellichamen zijn geïnstalleerd
Krachtige processors zoals GPU's en TPU's vereisen strenge thermische monitoring om de prestaties op peil te houden en oververhitting te voorkomen. B57703M0103G040 (Figuur 2) wordt gebruikt voor directe installatie op het koellichaam, waardoor het zeer geschikt is voor deze taak. Deze met een schroef bevestigde sensor kapselt een NTC-thermistor in in een metalen tagbehuizing met uitstekende ringoren.
EPCOS B57703M0103G040 Lusterminalthermistor
Afbeelding 2: De B57703M0103G040-ringjunctiethermistor kan nauwkeurige temperatuurbewaking van koellichamen van krachtige processors bereiken. (Afbeeldingsbron: EPCOS (TDK))
Het ontwerp van met schroeven verbonden sensoren is zowel handig als belangrijk en zorgt voor een goede thermische koppeling met het oppervlak van het koellichaam en een consistente contactdruk, waardoor de thermische weerstand wordt verminderd en de meetnauwkeurigheid wordt verbeterd wanneer de belasting snel verandert.
De sensor heeft een langetermijnstabiliteitstest van 10.000 uur bij een temperatuur van +70 ° C doorstaan en kan worden gebruikt bij hoge temperaturen die vaak voorkomen bij AI-datacenterwerklasten. De nominale weerstand van de sensor bij +25 ° C bedraagt 10 k Ω, wat een betrouwbare basis biedt voor het meten van hogere bedrijfstemperaturen en nauwkeurige feedback voor het temperatuurregelsysteem.