ด้วยความต้องการปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่เพิ่มขึ้นและการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน ศูนย์ข้อมูลกำลังเผชิญกับความท้าทายในการจัดการระบายความร้อนอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ที่แม่นยำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผลในขณะเดียวกันก็ป้องกันความร้อนสูงเกินไป โซลูชันการตรวจจับเหล่านี้ต้องมีความแม่นยำ ตอบสนอง แข็งแกร่ง และสามารถรับมือกับภาระความร้อนที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วบนอุปกรณ์ที่มีความไวสูง
บทความนี้จะสำรวจความท้าทายในการจัดการระบายความร้อนที่นักออกแบบศูนย์ข้อมูล AI ยุคใหม่ต้องเผชิญ และให้การวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับระบบทำความเย็นต่างๆ รวมถึงเครื่องปรับอากาศ การทำความเย็นแบบจุ่ม และโซลูชันการจัดการความร้อน จากนั้น แนะนำโซลูชันเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ (NTC) ของ EPCOS (TDK) และอธิบายวิธีใช้โซลูชันเหล่านี้เพื่อจัดการกับความท้าทายในการจัดการระบายความร้อน
เหตุใดศูนย์ข้อมูล AI จึงนำมาซึ่งความท้าทายใหม่ในการจัดการระบายความร้อน
ฮาร์ดแวร์ AI เช่น หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) และหน่วยประมวลผลเทนเซอร์ (TPU) โดยทั่วไปจะใช้พลังงานมากกว่าหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) แบบเดิมมาก ดังนั้น ศูนย์ข้อมูลที่เน้นไปที่ AI มักจะมีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสูงและมีฮอตสปอตที่เข้มข้น ทำให้การจัดการโดยใช้วิธีการทำความเย็นแบบดั้งเดิมทำได้ยาก
ที่แย่ไปกว่านั้นคือ ปริมาณงานของ AI มักจะแตกต่างกันอย่างมาก และในระหว่างการฝึกอบรมเสริมกำลังหรือการดำเนินการอนุมาน ภาระความร้อนอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากไม่มีการจัดการระบายความร้อนที่เหมาะสม สถานการณ์เหล่านี้อาจส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง การหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน และการเร่งประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์ลดลง
เพื่อตอบสนองความต้องการที่เกิดขึ้นเหล่านี้ ศูนย์ข้อมูลจึงจำเป็นต้องนำวิธีการระบายความร้อนขั้นสูงเพิ่มเติมมาใช้ การระบายความร้อนด้วยชิปโดยตรงเป็นวิธีการระบายความร้อนทั่วไป เทคโนโลยีนี้จะจัดแนวท่อระบายความร้อน แผ่นเย็น หรือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรงกับอุปกรณ์กำลังสูง เช่น CPU, GPU และหน่วยความจำ นอกจากนี้ยังสามารถเลือกวิธีการทำความเย็นแบบจุ่มได้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแช่เซิร์ฟเวอร์ทั้งหมดไว้ในของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า
เครื่องปรับอากาศยังอยู่ระหว่างการอัพเกรดต่างๆ ตัวอย่างเช่น หน่วยทำความเย็นระหว่างแถวและหน่วยทำความเย็นในตัวในตู้สามารถให้การทำความเย็นแบบโซนตามระบบปรับอากาศในห้องคอมพิวเตอร์โดยรวม กล่าวคือ ตอบสนองตามเวลาจริงต่อปัญหาความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น
แม้ว่าเงื่อนไขเฉพาะของระบบทำความเย็นเหล่านี้จะแตกต่างกันไป แต่ทั้งหมดนี้ล้วนผลักดันความต้องการการตรวจสอบอุณหภูมิด้วยการกระจายที่กว้างกว่าและการตอบสนองที่เร็วขึ้น บทความนี้จะนำระบบระบายความร้อนของชิปที่เชื่อมต่อโดยตรงมาเป็นตัวอย่าง ชิปเป้าหมายแต่ละตัวจะต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ระบายความร้อนเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิจะคงมาตรฐานไว้ จำเป็นต้องตรวจสอบการไหลเข้าของน้ำหล่อเย็นผ่านเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในท่อ และจำเป็นต้องติดตั้งเซ็นเซอร์อื่นๆ บนอุปกรณ์กระจายน้ำหล่อเย็นและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้มั่นใจว่าระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อดีของเซ็นเซอร์เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ NTC ในการใช้งานศูนย์ข้อมูล
เทอร์มิสเตอร์ NTC สามารถตอบสนองข้อกำหนดเหล่านี้ทั้งหมด ตามชื่อ ความต้านทานของเซ็นเซอร์ NTC จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สำหรับเทอร์มิสเตอร์ NTC สามารถทำได้ผ่านองค์ประกอบเซรามิกออกไซด์ที่ไวต่อความร้อนขนาดเล็กซึ่งอยู่ในปลอกโลหะป้องกันหรืออีพอกซีเรซิน
รูปที่ 1 แสดงกราฟความต้านทานอุณหภูมิโดยทั่วไปของเทอร์มิสเตอร์ที่มีความต้านทานพิกัด 2-5 k Ω ที่ 25 ° C ดังที่แสดงในภาพ ยิ่งความต้านทานมากเท่าไร เทอร์มิสเตอร์ก็จะยิ่งเหมาะกับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานจะวัดได้ง่ายกว่า
กราฟเส้นโค้งความต้านทานอุณหภูมิทั่วไป
รูปที่ 1: กราฟความต้านทานอุณหภูมิทั่วไปของเทอร์มิสเตอร์ที่มีค่าพิกัด 2 k Ω ถึง 5 k Ω ที่ 25 ° C (แหล่งที่มาของภาพ: EPCOS (TDK))
ข้อดีที่เทอร์มิสเตอร์ NTC นำมาสู่ศูนย์ข้อมูล AI ได้แก่
ความแม่นยำสูงและการตอบสนองที่รวดเร็ว: มีความไวอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเล็กน้อย และเนื่องจากมีมวลความร้อนเพียงเล็กน้อย ความเร็วในการตอบสนองจึงรวดเร็ว คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้เทอร์มิสเตอร์ NTC สามารถตอบสนองความต้องการด้านความร้อนที่ผันผวนอย่างรวดเร็วของศูนย์ข้อมูล AI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ความทนทานและความมั่นคง: ทำจากวัสดุที่ทนทาน มีความน่าเชื่อถือในระยะยาวเป็นเลิศและมีความต้านทานการเคลื่อนตัวน้อยที่สุดเมื่อเวลาผ่านไป ความเสถียรนี้ช่วยลดข้อกำหนดในการบำรุงรักษาและลดความเสี่ยงของการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ขนาดกะทัดรัดและการติดตั้งที่ยืดหยุ่น: ด้วยขนาดที่เล็ก ทำให้สามารถรวมเข้ากับสภาพแวดล้อมศูนย์ข้อมูลที่มีอุปกรณ์จำนวนมากในพื้นที่จำกัดได้อย่างง่ายดาย ด้วยรูปทรงที่หลากหลาย สามารถตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของระบบทำความเย็นในศูนย์ข้อมูลปัญญาประดิษฐ์
เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ EPCOS NTC รวบรวมข้อดีเหล่านี้ไว้ครบถ้วน ชุดผลิตภัณฑ์นี้ประกอบด้วยโซลูชันสำหรับการตรวจสอบหม้อน้ำและท่อ ระบบทำความเย็นใต้น้ำ และหน่วยจัดการอากาศ
การตรวจสอบส่วนประกอบกำลังสูงโดยใช้เทอร์มิสเตอร์ NTC ที่ติดตั้งบนแผงระบายความร้อน
โปรเซสเซอร์พลังงานสูง เช่น GPU และ TPU จำเป็นต้องมีการตรวจสอบความร้อนอย่างเข้มงวดเพื่อรักษาประสิทธิภาพและป้องกันความร้อนสูงเกินไป B57703M0103G040 (รูปที่ 2) ใช้สำหรับการติดตั้งโดยตรงบนแผงระบายความร้อน ทำให้เหมาะสำหรับงานนี้มาก เซ็นเซอร์แบบยึดสกรูนี้ห่อหุ้มเทอร์มิสเตอร์ NTC ไว้ในตัวเรือนแท็กโลหะที่มีหูวงแหวนที่ยื่นออกมา
EPCOS B57703M0103G040 เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์แบบลูป
รูปที่ 2: เทอร์มิสเตอร์แบบวงแหวนเชื่อมต่อ B57703M0103G040 สามารถตรวจสอบอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำของแผงระบายความร้อนโปรเซสเซอร์กำลังสูง (แหล่งรูปภาพ: EPCOS (TDK))
การออกแบบเซ็นเซอร์แบบยึดกับสกรูนั้นสะดวกและมีความสำคัญ โดยรับประกันการเชื่อมต่อความร้อนที่ดีกับพื้นผิวของตัวระบายความร้อนและแรงกดสัมผัสที่สม่ำเสมอ จึงช่วยลดความต้านทานความร้อนและปรับปรุงความแม่นยำในการวัดเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
เซ็นเซอร์ผ่านการทดสอบความเสถียรในระยะยาว 10,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ +70 ° C และสามารถใช้งานได้ในสภาวะอุณหภูมิสูงซึ่งมักพบในปริมาณงานของศูนย์ข้อมูล AI ความต้านทานพิกัดของเซ็นเซอร์ที่+25 ° C คือ 10 k Ω ซึ่งเป็นพื้นฐานที่เชื่อถือได้สำหรับการวัดอุณหภูมิการทำงานที่สูงขึ้นและการตอบสนองที่แม่นยำสำหรับระบบควบคุมอุณหภูมิ
การตรวจสอบท่อระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยใช้เทอร์มิสเตอร์ NTC
ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวต้องอาศัยการจ่ายน้ำหล่อเย็นอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิที่เหมาะสม B58100A0506A000 (รูปที่ 3) คือเทอร์มิสเตอร์ NTC 10 k Ω ที่สามารถติดตั้งบนท่อได้อย่างรวดเร็ว และเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการตรวจสอบท่อจ่ายน้ำหล่อเย็น ส่วนประกอบที่ขึ้นรูปนี้สามารถจับยึดเข้ากับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 18 มม. ถึง 19 มม. ได้โดยตรง หรือสามารถปรับให้เข้ากับท่อขนาดอื่นตามสถานการณ์การติดตั้งที่แตกต่างกัน หน้าสัมผัสนูนในตัวสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับอุปกรณ์ตรวจสอบได้