Dell 기술 전문가: 5가지 서버 열 관리 기술 비교, 단상 DLC가 더 효과적

최근 DCD가 주관한 기술강연에서 델 기술 전문가인 팀 쉐드(Dr. Tim Shedd) 박사는 '5가지 서버 열관리 기술 성능 비교'라는 제목의 프레젠테이션을 통해 5가지 서버 열관리 기술의 성능 비교를 공개했다. 연구에서 연구된 주요 데이터 센터 냉각 기술에는 공기 냉각, 단상 침지, 2상 침지, 2상 직접 액체 냉각 및 단상 직접 액체 냉각(DLC, 냉각판)이 포함됩니다.

Dell의 연구에 따르면 다른 4가지 데이터 센터 냉각 방식과 비교할 때 단상 직접 액체 냉각(DLC)이 가장 높은 열 효율을 보여 더 나은 지속 가능성과 효율성 향상을 위한 잠재적 경로를 제공하는 것으로 나타났습니다.

보고서에 따르면 2025년까지 CPU 또는 GPU 칩 전력은 최대 500W에 도달할 것으로 예상되며, 인공지능과 기계 학습을 통해 GPU 전력은 700W로, 향후 1000W로 증가할 것으로 예상됩니다.

더 중요한 것은 전력이 증가함에 따라 정상적인 칩 작동을 보장하기 위해 더 낮은 칩 패키징 온도와 더 작은 온도 차이에 대한 요구가 있다는 것입니다. 따라서 열 관리 시스템에 대한 과제가 더욱 심화됩니다.

이 보고서는 일반적인 데이터 센터 서버 구성 데이터를 사용하여 단순화된 열 모델을 구성하고 프로세서 전력이 250W에서 500W로 증가할 때 이러한 5가지 열 관리 기술의 적용 가능성을 보여줍니다.

250W 프로세서

지난 몇 년 동안 프로세서 TDP가 약 250W였을 때 5가지 열 관리 기술 모두 32개의 듀얼 소켓 250W 랙 장착 서버를 배포하는 것과 같은 일반적인 데이터 센터 랙을 효율적으로 냉각할 수 있었습니다. 2U 랙 장착형 서버의 경우 칩 포장과 서버를 통과하는 공기 사이의 온도 차이는 약 26도였습니다. 따라서 25도의 찬 공기만으로 칩 온도는 약 51도를 유지할 수 있으며 이는 상당히 합리적입니다.

이 시점에서 단일 서버 공냉식의 효율성은 단상 침수 냉각과 비슷합니다.

2단계 침지 냉각에서는 칩 패키징과 냉각액 사이의 온도 차이가 약 20도인 반면, DLC 기술은 그 차이가 훨씬 더 낮습니다. 1lpm(분당 1리터) 또는 2lpm(분당 2리터)의 일반적인 유량에서 DLC 냉각판 베이스와 칩 패키징 간의 온도 차이는 10도 범위 내로 유지됩니다.

350W 프로세서

현재 개별 프로세서 전력이 350W~400W로 증가함에 따라 칩 열을 시설 냉각수로 방출하는 데 필요한 온도 차이가 계속해서 증가하고 있습니다.

32개의 듀얼 소켓 350W 랙 장착 서버를 갖춘 캐비닛 냉각 배포의 경우 공기 냉각(1U)과 칩 패키징 간의 온도 차이가 50도를 초과합니다. 즉, 25도의 찬 공기로 서버를 냉각하면 프로세서 온도가 약 75도가 되며, 이는 프로세서의 작동 온도 한계에 가깝습니다.

이 시점에서 단상 침지 냉각의 효율성은 공기 냉각(1U)과 비슷하지만, 공기 냉각(2U)은 공기와 칩 사이의 온도 차이를 약 38도 정도 유지할 수 있습니다.

또한 2상 침지 냉각액과 칩 패키징 간의 온도 차이는 약 25도인 반면, 단상 DLC와 2상 DLC는 높은 효율을 유지합니다. 2상 DLC와 칩 사이의 온도차는 약 15도이며, 유량 1lpm에서 단상 DLC의 온도차는 약 11도입니다.

프로세서 전력이 350W-400W로 증가하면 공기 냉각이 실질적인 한계에 도달하여 더 차가운 공기가 필요하고 냉각 에너지 소비가 악화되는 것이 분명합니다.

500W

향후 2~3년 내에 프로세서 TDP는 일반적으로 500W로 증가하여 공기 냉각에 심각한 문제를 일으킬 것으로 예상됩니다. 더 많은 공기가 프로세서에 유입되고 냉각될 수 있도록 혁신적인 라디에이터 설계 방법이나 더 큰 크기에 대한 의존도가 필요합니다.

이때 공랭(1U), 단상 침지 냉각, 칩 패키징 간 온도차가 60도를 넘는다. 2단계 침수 냉각은 여전히 ​​효과적이지만 차이는 약 34도까지 상승합니다. 2상 DLC와 단상 DLC(1lpm) 사이의 온도 차이는 약 25도 정도로 비슷하지만, 단상 DLC(2lpm)의 온도 차이는 약 17도로 더 작습니다.

48~50도 범위의 고온 수냉이 이 단계에서 열 에너지 재사용을 위한 실질적인 기회를 제공할 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

요약

공기 냉각:

프로세서 TDP가 증가하면 공기 냉각에 대한 과제도 커집니다.

라디에이터와 팬의 발전은 한계를 뛰어 넘을 수 있습니다.

일반적으로 프로세서 열이 다른 구성 요소에 미치는 영향에 제한이 있습니다.

DLC 냉각:

단상 냉각은 500W TDP를 훨씬 초과합니다.

해결해야 할 증기 흐름 저항 문제가 있지만 2단계 DLC는 높은 TDP를 냉각할 수 있습니다.

시스템 설계 또는 유체 기술의 발전으로 2상 DLC가 향상될 수 있습니다.

침수 냉각:

높은 TDP로 인한 과제 증가.

라디에이터 및 유체 기술의 발전으로 한계가 돌파될 수 있습니다.

2상은 유체 끓는점과 응축기 성능에 의해 제한됩니다.

 

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