AI 데이터센터 액체 냉각 솔루션: 세 가지 옵션 솔루션
Oct 09, 2024
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오늘날 데이터 센터는 AI, 머신 러닝, 빅 데이터 워크로드로 인해 더 높은 처리 요구 사항을 처리해야 한다는 엄청난 압박을 받고 있습니다. 서버 밀도가 증가함에 따라 기존 공랭식 솔루션의 효율성이 떨어지고 있습니다. 이에 대응하여 많은 조직에서는 CPU, GPU 및 기타 중요한 구성 요소에서 발생하는 열을 효율적으로 관리하기 위해 고급 액체 냉각 방식으로 전환하고 있습니다. 액체 냉각은 시스템 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 소비와 운영 비용도 줄여줍니다.
이 기사에서는 데이터 센터에 널리 사용되는 세 가지 액체 냉각 솔루션인 DTC(Direct-to-Chip), 침수 냉각 및 RDHx(Rear Door Heat Exchangers)를 살펴보겠습니다. 각 방법은 고유한 장점을 제공하며 다양한 유형의 인프라에 맞게 조정됩니다.
I. DTC(Direct-to-Chip) 액체 냉각
D2C라고도 알려진 DTC(Direct-to-Chip)는 CPU 및 GPU와 같은 개별 서버 구성 요소를 냉각하는 매우 효율적인 방법입니다. 이 시스템에서 냉각액은 칩에서 냉각액으로 열을 전달하는 폐쇄 루프 설정을 통해 칩 위로 직접 흐릅니다.
칩에 직접 냉각이 작동하는 방식
열 전달을 향상시키기 위해 열 전도성 소재를 사용하여 냉각판이 칩에 직접 장착됩니다. 냉각액은 칩에서 열을 흡수하여 운반한 후 외부 시스템에서 냉각된 후 다시 돌아옵니다. 종종 칩에 장착되는 펌프는 시스템을 통해 최적의 유체 흐름을 유지하는 역할을 합니다.
DTC 시스템은 고성능 CPU 또는 GPU의 집중된 열을 처리하는 데 매우 효과적이므로 고급 처리가 필요한 데이터 센터에 이상적인 선택입니다.
▲ 펌프와 냉각판을 보여주는 Direct-to-Chip 시스템 개요
DTC 시스템 구성
DTC 설정에서 액체를 냉각하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적인 구성 중 하나는 냉각 분배 장치(CDU)를 사용하여 서버 랙 내의 액체를 공기 냉각시키는 것입니다. CDU는 랙의 다양한 높이에 설치하여 특정 수의 서버에 서비스를 제공할 수 있으므로 배관 길이가 최소화됩니다. 최신 CDU는 최대 80kW의 열을 제거할 수 있어 대부분의 데이터 센터 서버에 적합합니다.
또 다른 옵션은 가열된 액체를 외부 시스템으로 펌핑하여 액체 대 액체 열교환을 통해 냉각시키는 것입니다. 이 방법은 냉각을 데이터 센터 외부 또는 서버 밀도에 미치는 영향을 최소화하면서 많은 양의 열을 처리할 수 있는 냉각 타워와 같은 특수 외부 장비로 오프로드합니다.
▲ 랙마운트형 CDU 시스템 예시
DTC 액체 냉각의 이점
DTC 냉각은 고성능 워크로드가 있는 데이터 센터에 이상적이며 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 효율성 향상:액체 냉각은 공기보다 열을 더 효율적으로 흡수하므로 서버가 최고의 성능으로 작동할 수 있습니다.
- 확장성:DTC 시스템은 더 많은 CDU 또는 외부 냉각 시스템을 추가하여 증가하는 데이터 센터 수요를 충족하도록 확장할 수 있습니다.
- 비용 절감:열을 보다 효율적으로 제거함으로써 DTC 시스템은 값비싼 HVAC 시스템의 필요성을 줄여 장기적으로 에너지 비용을 절감합니다.
II. 침수 냉각
침수 냉각은 전체 서버를 비전도성, 비부식성 액체에 담그는 또 다른 최첨단 솔루션입니다. 이 액체는 하드웨어에 직접 접촉하여 상승하면서 열을 효율적으로 흡수합니다. 그런 다음 더 뜨거운 액체가 시스템에서 제거되어 다른 곳에서 냉각된 후 재순환됩니다.
▲ 침수 냉각을 위해 비전도성 액체에 잠긴 서버
침수 냉각 작동 방식
서버는 냉각 매체 역할을 하는 유전체 유체로 채워진 탱크에 배치됩니다. 하드웨어가 가열되면 유체가 열을 흡수하여 상승합니다. 가열된 유체는 외부 냉각 시스템으로 펌핑되어 냉각되어 탱크로 반환됩니다.
침수 냉각은 최소한의 인프라 요구 사항으로 서버를 냉각하는 매우 효율적인 방법을 제공합니다. 팬과 기타 공기 기반 냉각 구성 요소가 필요하지 않으므로 에너지 소비와 소음 수준이 모두 감소합니다.
▲ 서버를 냉각액에 담근 침수 냉각 다이어그램
침수 냉각의 장점
- 향상된 냉각 용량:침수 냉각은 높은 열 부하를 처리할 수 있어 고밀도 서버 환경에 적합합니다.
- 최소한의 유지보수:서버 탱크 내부에 움직이는 부품이 없기 때문에 침수 냉각 시스템은 유지 관리가 쉽고 고장이 발생할 가능성이 적습니다.
- 공간 절약:침수 시스템은 공기 냉각 구성 요소가 필요하지 않기 때문에 보다 컴팩트한 서버 배열이 가능합니다.
이러한 장점에도 불구하고 침수 냉각에는 서버 하드웨어 및 안전 표준과의 호환성을 보장하기 위해 전문적인 인프라와 신중한 계획이 필요합니다.
III. 후면 도어 열교환기(RDHx)
인프라를 대폭 수정하지 않고 열을 관리해야 하는 데이터 센터의 경우 RDHx(후면 도어 열교환기)가 이상적인 솔루션입니다. 이 시스템은 냉각 장치를 서버 랙의 후면 도어에 직접 통합하여 서버에서 배출되는 뜨거운 공기를 냉각시킵니다.
▲ 서버 랙에 장착된 후면 도어 열교환기
RDHx 시스템 작동 방식
뜨거운 공기는 서버 후면에서 나가면서 팬과 냉각 매체를 사용하여 열을 흡수하는 RDHx를 통과합니다. 냉각된 공기는 데이터 센터로 재순환됩니다. 다른 액체 냉각 방법과 유사하게 RDHx 시스템에서는 뜨거운 액체 매질을 사이클에 다시 도입하기 전에 외부에서 냉각해야 합니다.
후면 도어 열교환기의 장점
- 비용 효율성:RDHx 시스템은 기존 랙에 설치할 수 있으므로 냉각 인프라를 점검하고 싶지 않은 데이터 센터를 위한 비용 효율적인 업그레이드가 가능합니다.
- 에너지 효율성:RDHx 시스템은 소스에서 열을 제거함으로써 CRAC(컴퓨터실 에어컨)와 같은 기존 냉각 시스템의 부하를 줄입니다.
- 공간 최적화:귀중한 랙 공간을 차지할 수 있는 CDU 시스템과 달리 RDHx 시스템은 외부에 장착되어 서버 밀도를 유지합니다.
냉각 솔루션 비교
| 냉각방식 | 주요 특징 | 장점 | 이상적인 사용 사례 |
|---|---|---|---|
| 직접 칩 | 폐쇄 루프에서 CPU/GPU를 통한 액체 흐름 | 고효율, 확장 가능, 에너지 절감 | 고성능 워크로드 |
| 침수 냉각 | 전체 서버가 유전체 유체에 잠겨 있음 | 높은 열 부하를 처리하고 유지 관리를 최소화합니다. | 고밀도 서버 환경 |
| 알디에이치엑스 | 배출 공기를 냉각하기 위해 서버 랙에 장착 | 비용 효율성, 에너지 효율성, 공간 절약 | 인프라가 제한된 데이터 센터 |
요약: 올바른 액체 냉각 솔루션 선택
최적의 액체 냉각 솔루션은 데이터 센터의 인프라, 서버 밀도 및 성능 요구 사항에 따라 달라집니다. 직접 칩 냉각은 열 부하가 집중된 데이터 센터에 이상적인 반면, 침수 냉각은 고밀도 환경에 탁월한 냉각 성능을 제공합니다. 후면 도어 열교환기는 주요 인프라 변경 없이 냉각 효율성을 향상시키려는 데이터 센터에 비용 효율적이고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.
궁극적으로 올바른 액체 냉각 솔루션을 구현하면 상당한 운영 비용 절감 효과를 얻을 수 있으며 데이터 센터의 효율성과 안정성을 유지하고 증가하는 AI 및 빅 데이터 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
DTC(Direct-to-Chip) 냉각이란 무엇입니까?
DTC 냉각에는 폐쇄 루프 시스템의 CPU 또는 GPU와 같은 서버 칩 위에 직접 액체를 흐르게 하여 열을 효율적으로 제거하는 작업이 포함됩니다.
침수 냉각은 서버에 안전한가요?
예, 침수 냉각은 비전도성 액체를 사용하여 전자 부품의 안전을 보장하므로 서버를 액체에 직접 담글 수 있습니다.
RDHx와 기존 공냉식의 차이점은 무엇입니까?
RDHx 시스템은 서버에서 나오는 뜨거운 공기를 직접 냉각시키는 반면, 기존의 공기 냉각은 냉각을 위해 공기 순환과 HVAC 시스템에 의존합니다.
액체 냉각으로 데이터 센터 에너지 비용을 절약할 수 있습니까?
예, 액체 냉각은 일반적으로 공기 냉각보다 더 효율적이므로 시간이 지남에 따라 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
모든 서버가 침수 냉각을 지원합니까?
모든 서버가 침수 냉각용으로 설계된 것은 아니므로 구현하기 전에 하드웨어 제조업체에 호환성을 문의하는 것이 중요합니다.
액체 냉각 시스템의 수명은 얼마나 됩니까?
액체 냉각 시스템은 적절하게 유지 관리되면 수년 동안 지속될 수 있으며, 구성 요소의 마모가 줄어들기 때문에 기존의 공랭 방식보다 수명이 더 길어지는 경우가 많습니다.