ICT 산업에서 콜드 플레이트 액체 냉각 기술의 장점

현재 컴퓨팅 파워 센터에서 사용되는 액체 냉각 기술은 주로 냉각판 액체 냉각, 스프레이 액체 냉각, 침지 액체 냉각으로 구성됩니다.

 

스프레이 액체 냉각은 냉각 매체를 서버의 열원에 스프레이 형태로 분사하여 증발과 열 흡수를 통해 열을 발산합니다.

 

침지 액체 냉각은 전체 서버 또는 서버 구성 요소를 냉각수에 완전히 담그고 직접 접촉을 통해 열을 발산하는 것을 포함합니다. 냉각판 액체 냉각과 비교할 때, 스프레이 및 침지 액체 냉각 기술은 매우 높은 전력 밀도의 경우 더 높은 냉각 효율을 달성할 수 있습니다.

 

그러나 분무 및 침지 액체 냉각 기술은 구현 및 유지 관리가 비교적 복잡하고, 더 많은 안전 및 환경 고려 사항이 포함되며, 더 많은 투자가 필요합니다. 직접 접촉 액체 냉각 기술과 비교했을 때, 콜드 플레이트 액체 냉각은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

 

 

I 고밀도: 고밀도 노드 배포는 랙당 컴퓨팅 용량을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

 

인공지능, 빅데이터 분석, 가상화, 고성능 컴퓨팅과 같은 기술의 급속한 발전으로 컴퓨팅 파워 센터는 점점 더 많은 컴퓨팅 파워를 요구하고 있습니다. 그러나 빌딩 공간과 환경 규정에 의해 제한되는 컴퓨팅 파워 센터의 제한된 운반 용량이 핵심 과제가 되었습니다. 랙당 전력 밀도를 높이는 것이 이 문제를 해결하는 중요한 방법이 되었습니다.

 

▲ 컴퓨팅 파워 센터

 

2022년 인텔 4세대 서버 프로세서의 전력 소비량은 CPU당 350W를 넘었고, 엔비디아 GPU는 유닛당 700W를 넘었으며, AI 클러스터 컴퓨팅 밀도는 일반적으로 랙당 50kW에 도달했습니다. 현재 자연 공랭 컴퓨팅 파워 센터의 랙당 전력 밀도는 일반적으로 8-10kW만 지원합니다. 기존의 공랭 기술에만 의존하면 더 이상 고밀도 컴퓨팅 노드의 냉각 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 따라서 노드 배포 밀도를 높이고 랙당 컴퓨팅 용량을 향상시키기 위한 새로운 냉각 기술을 채택하는 것이 특히 중요해졌습니다.

 

냉각판 액체 냉각 시스템은 랙의 전력 밀도를 높이는 효과적인 냉각 기술입니다.

 

• 효율적인 냉각 성능: 냉각판 액체 냉각 기술은 액체 냉각판을 서버 노드와 긴밀하게 통합하여 열을 직접 제거하고 효율적인 냉각을 달성함으로써 더 높은 전력 밀도를 실현합니다.
• 더 작은 풋프린트: 효율적인 냉각 성능 외에도, 콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 풋프린트도 더 작습니다. 액체 냉각 플레이트와 서버 노드의 긴밀한 통합은 공간을 절약하여 컴퓨팅 파워 센터가 제한된 공간 내에 더 많은 노드를 배치할 수 있게 하여 컴퓨팅 용량 밀도를 더욱 향상시킵니다.

 

 

II 고효율성 : 열원 측 액체 냉각으로 서버 냉각 효율이 대폭 향상

 

공기의 열 전달 특성으로 인해 공기 냉각 기술의 냉각 효율은 제한적입니다. 공기의 낮은 열 전도도와 환경 온도 변동에 대한 민감성은 고온 환경에서 공기 냉각 시스템의 냉각 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 게다가 공기 냉각 시스템의 냉각 성능은 기류 속도와 공기 순환 조건에 의해서도 제한을 받습니다. 반면, 열 전달 효율이 더 높고 냉각 성능이 더 안정적인 액체 냉각 기술은 고전력 밀도 및 고온 환경에서 탁월합니다. 따라서 점점 더 많은 컴퓨팅 파워 센터가 증가하는 컴퓨팅 파워 수요를 충족하기 위해 액체 냉각 기술로 전환하고 있습니다.

 

▲ 콜드플레이트 액체냉각기술

 

콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 열 전달 매체로 공기를 냉각수로 대체하여 냉각수를 열을 생성하는 칩 모듈로 직접 전달합니다. 간접 접촉 열 전달을 통해 칩에서 생성된 열은 전도되어 칩 모듈의 온도를 낮추고 냉각 효율과 컴퓨팅 성능을 모두 향상시킵니다.

 

• 액체의 비열 용량은 기체보다 훨씬 더 높으므로 단위 온도 변화당 흡수/방출되는 열량이 공기보다 훨씬 더 많아 냉각 효율이 상당히 향상됩니다. 예를 들어, 물의 단위 부피당 열 전달 효율은 공기보다 3,500배 더 높아 점점 더 고밀도화되는 서버가 제기하는 냉각 과제를 효과적으로 해결합니다.
• 또한, 공기 냉각을 액체 냉각으로 대체함으로써 팬의 필요성이 없어지고 전체 냉각 시스템의 작동 에너지 소비가 줄어듭니다. CPU와 메모리의 80%가 냉각판으로 덮여 있는 일반적인 노드에서 냉각 PUE는 1.15 이하로 줄일 수 있습니다. 따라서 공기 냉각에 비해 액체 냉각은 개별 칩에 대해 더 높은 냉각 용량을 제공합니다.

 

 

III 높은 신뢰성: 과학적으로 설계된 시나리오는 안정적이고 신뢰할 수 있는 시스템 작동을 보장합니다.

 

액체 냉각 시스템 내의 냉각수는 정상적인 작동을 유지하는 핵심 요소 중 하나입니다. 전문적인 누출 방지 설계와 운영 관리가 콜드 플레이트 액체 냉각 시스템의 안정성에 매우 중요합니다. 수년간의 개발과 개선을 거쳐 콜드 플레이트 액체 냉각 기술의 신뢰성이 잘 보장되었으며, 누출 방지 설계, 완전한 누출 모니터링, 오류 관리와 같은 안전 조치가 다각적이고 포괄적인 오류 위험 방지를 제공하여 시스템 장비가 안전하고 안정적인 환경에서 작동하여 환경과 인적 안전을 모두 보호합니다.

 

▲ 액체 냉각 시스템

 

냉각판 액체 냉각 시스템은 3단계 누출 방지 설계를 채택하여 노드, 캐비닛 및 실내 수준에서 누출 사고가 전혀 발생하지 않도록 보장합니다.

 

• 노드 베이스는 완전히 밀폐되어 있어 누출을 유도하고 신속하게 배출하여 다른 노드에 영향을 미치지 않도록 방지합니다.
• 캐비닛에는 퀵커넥트 누출 스프레이 설계와 자동 냉각 액체 제어를 위한 전자기 밸브가 장착되어 있습니다.
• 이 방은 듀얼 루프 설계를 채택하여 단일 캐비닛 누출이 격리되고 다른 캐비닛의 정상적인 작동에 영향을 미치지 않도록 합니다.

 

냉각판 액체 냉각 시스템은 완전한 누출 모니터링을 달성할 수 있습니다. 전체 캐비닛에는 3단계 누출 감지 기능이 장착되어 있어 정확한 누출 경고를 제공합니다.

 

• 노드는 물에 잠긴 로프 슬리브를 사용하여 누수를 감지하고 BMC(보드 관리 컨트롤러)에 보고하여 모니터링 및 경고를 실시합니다.
• 캐비닛 분할기에는 물 입구와 출구 모두에 광전 누출 센서가 장착되어 있고, RMU(링 메인 유닛) 모니터링 경고는 네트워크 관리 플랫폼에 보고됩니다.
• 공기-액체 열교환기(액체 냉각 도어)는 부유 센서로 수위를 모니터링하고, 경고는 RMU를 통해 네트워크 관리 플랫폼에 보고됩니다.

 

 

IV 저에너지 소비: 혁신적인 에너지 절약 기술은 컴퓨팅 파워 센터에서 녹색 및 저탄소 개발을 안내합니다.

 

주요 에너지 소비자로서 컴퓨팅 파워 센터는 전력의 일부만 IT 부하에 공급하며, 주요 에너지 소비는 냉각 시스템에서 발생합니다. 팬과 에어컨을 지속적인 전기 소비가 필요 없는 콜드 플레이트 액체 냉각 기술로 교체하면 컴퓨팅 파워 센터의 전체 에너지 소비를 크게 줄여 PUE 값을 크게 낮출 수 있습니다. 콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 냉각 분배, 정밀 온도 제어, 온수 냉각, 폐열 회수와 같은 일련의 에너지 절약 기술을 통해 컴퓨팅 파워 센터의 전력 소비를 크게 줄여 효율적인 에너지 활용을 달성합니다.

 

▲ 파워센터

 

냉각판 액체 냉각 기술은 냉각 분배 장치를 통해 저온 냉각수를 발열 부품에 직접 공급하여 서버에서 발생하는 열을 빠르고 효율적으로 흡수하고, 이를 통해 열 전달 경로를 효과적으로 단축하고 시스템 냉각 효율을 향상시킵니다.

 

• 기존의 공랭 시스템에 비해 냉각판 액체 냉각 시스템은 광범위한 공랭 냉각의 필요성을 줄여 정밀한 온도 제어가 가능하고 컴퓨팅 파워 센터의 냉각 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다.
• 또한, 냉각판 액체 냉각 기술은 따뜻한 물 냉각을 채택하여 출구 수온이 55-60도에 도달하여 일년 내내 자연 냉각이 가능합니다. 또한, 복귀 수온이 55도를 초과하면 높은 열 품질로 인해 폐열을 회수하여 재사용할 수 있습니다. 따뜻한 물 액체 냉각은 냉각 시스템의 열 발산 부하를 줄이고 폐열 회수는 전체 에너지 소비를 낮춥니다. 이 두 가지를 함께 사용하면 컴퓨팅 파워 센터의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 냉각 시스템 자체의 에너지 소비가 감소하는 것 외에도, 냉각판 액체 냉각은 칩 온도를 더욱 낮추어 신뢰성을 높이고 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 됩니다. 전체 시스템 에너지 소비는 약 5% 감소할 것으로 예상됩니다.

 

 

V 간편한 유지관리: 통합 서버 캐비닛으로 자동화되고 지능적인 간소화된 유지관리가 가능합니다.

 

기술의 발전과 수요 증가에 따라 컴퓨팅 파워 센터는 규모가 확장되고 있으며, 그 애플리케이션 및 시스템 환경은 더욱 복잡해지고 있으며, 안정성과 보안을 보장하기 위해 더 많은 인력과 기술 지원이 필요합니다. 통합형 콜드 플레이트 액체 냉각 캐비닛은 빠른 배치와 편리한 유지 관리의 이점으로 시장에서 널리 인정받고 있습니다.

 

▲ 통합형 냉각판 액체 냉각 캐비닛

 

액체 냉각 서버 캐비닛은 액체 냉각수 회로, 전원 공급 장치, 교환망을 위한 3버스 블라인드 삽입 설계를 통해 케이블 없이 자동화된 유지 관리를 실현하여 유지 관리 프로세스를 크게 단순화하고 고장 위험을 줄입니다.

 

• 생산 라인에서 설치, 테스트, 디버깅을 거친 후, 액체 냉각 서버 캐비닛을 고객의 데이터 센터에 직접 배송할 수 있어 현장 설치가 전혀 필요 없고 배송 주기를 며칠로 단축할 수 있습니다.
• 2차 측 파이프라인은 모듈식 설계를 사용하며, 구성 요소가 공장에서 미리 제작되어 현장 용접 및 플러싱이 필요 없고, 효율성이 50% 향상되며 배치 및 활성화가 크게 가속화됩니다.
• 또한, 액체 냉각 서버 캐비닛은 로봇 유지 관리, 자동 서버 U 위치 식별, 타사 네트워크 관리 통합, 지능형 관리 기능을 갖추고 있어 유지 관리 프로세스를 간소화하는 동시에 유지 관리 효율성을 향상시킵니다.

 

통합 설계를 통해 액체 냉각 서버 캐비닛의 제로 케이블 자동 유지 관리, 효율적인 구성 요소 교체, 신속한 캐비닛 제공, 효율적인 파이프라인 설계 및 지능형 유지 관리 기능은 유지 관리를 보다 편리하게 하고, 배포를 보다 빠르게 하며, 운영을 보다 효율적으로 만드는 동시에 유지 관리 비용과 노동 투입을 줄입니다. 이러한 장점으로 인해 액체 냉각 서버 캐비닛은 컴퓨팅 파워 센터의 안정적인 운영과 미래 개발을 위한 이상적인 선택이 됩니다.

 

 

VI 간편한 개조: 유연한 운용성 이점은 오래된 데이터 센터의 업그레이드 및 변환을 지원합니다.

 

에너지 소비 요구 사항과 정책이 강화됨에 따라 기존 컴퓨팅 파워 센터는 상당한 어려움에 직면해 있습니다. 에너지 절약 및 환경 보호 요구 사항을 충족하기 위해 컴퓨팅 파워 센터 운영자는 효과적인 조치를 취해야 합니다. 이 중 상당한 경제적 효율성, 높은 에너지 활용 및 뛰어난 성능을 갖춘 공기-액체 개조는 컴퓨팅 파워 센터 운영자가 현재 에너지 소비 요구 사항과 환경적 어려움에 적응할 수 있는 실행 가능한 경로가 되었습니다.

 

▲ 액체 냉각 기술

 

일부 또는 모든 서버의 냉각 방법을 기존의 공기 냉각 기술에서 효율적인 액체 냉각 기술로 전환함으로써 컴퓨팅 파워 센터는 에너지 활용을 크게 개선하고 PUE 값을 줄이며, 그 결과 전반적인 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 이러한 움직임은 에너지 소비 요구 사항을 충족하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 서버 냉각 효율성을 높이고, 컴퓨팅 용량을 늘리고, 팬 소음 및 공기 순환과 관련된 문제를 줄여 서버의 안정성과 신뢰성을 개선합니다.

 

• 첫째, 콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 발열 구성 요소와 더 나은 재료 호환성을 제공합니다. 콜드 플레이트 액체 냉각 시스템에서 냉각수는 콜드 플레이트의 파이프라인을 통해서만 흐르고 서버의 마더보드와 발열 구성 요소에 직접 접촉하지 않습니다. 따라서 마더보드와 발열 구성 요소에 대한 특수 재료 설계가 필요하지 않습니다. 냉각수를 선택할 때 순환 파이프라인과 콜드 플레이트와의 호환성만 고려하면 됩니다. 이를 통해 콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 광범위한 하드웨어 수정 없이도 다양한 서버 장비에 더 유연하고 적합해집니다.
• 둘째, 콜드 플레이트 액체 냉각 기술은 개조하기 쉽습니다. 이 기술은 서버 마더보드의 원래 형태를 변경하지 않고 기존 마더보드를 유지하면서 수정합니다. 이 수정 방법은 분해가 쉽고 설치가 편리할 뿐만 아니라 기술, 산업 및 대량 생산 측면에서 더 나은 실현 가능성을 제공합니다. 마더보드를 크게 변경하거나 교체할 필요가 없으므로 콜드 플레이트 액체 냉각 기술의 설치 및 유지 관리가 더 간단하고 편리하며 기술 및 산업에서 생산 규모를 확장하는 데 어려움이 줄어듭니다. 반면 침지 액체 냉각 기술은 일반적으로 완전히 잠긴 특성을 수용하기 위해 특수 액체 냉각 마더보드를 설계해야 하므로 의심할 여지 없이 기술 비용과 제조 비용이 모두 증가합니다.

 

이러한 장점을 활용한 냉각판 액체 냉각 기술은 실제 적용 시 더욱 편리하고 비용 효율적이어서 컴퓨팅 파워 센터의 오래된 공기-액체 냉각 시스템을 업그레이드하고 개조하는 데 선호되는 기술이 되었습니다.