ビュー: 206 著者: サイト編集者 公開時刻: 2025-04-30 起源: サイト
デジタル世界はデータセンターで運営されており、データへの依存度が飛躍的に高まるにつれて、これらの重要な施設によって消費される電力と生成される熱も増加します。人工知能 (AI)、ハイパフォーマンス コンピューティング (HPC)、サーバー ハードウェアの高密度化により、従来の空冷方式は限界点に達しています。サーバー ラック内の熱密度は急増しており、動作の安定性、ハードウェアの寿命、環境の持続可能性にとって効率的な熱管理が最も重要になっています。
を導入してください。 浸漬冷却, 空気を超えて、液体を発熱コンポーネントに直接接触させる革新的なアプローチIT ハードウェアを特殊な誘電体 (非導電性) 流体に浸すことにより、浸漬冷却は非常に優れた熱伝達能力を提供します。ただし、「浸漬冷却」は一枚岩ではありません。これには主に、という 2 つの異なるテクノロジーが含まれます 単相浸漬冷却 (1-PIC) と 二相浸漬冷却 (2-PIC)。これら 2 つのアプローチの基本的な違い、利点、トレードオフを理解することは、次世代データセンターの冷却について情報に基づいた意思決定を行うために非常に重要です。この記事では、その選択をガイドするための包括的な比較を提供します。
単相液浸冷却システムでは、IT 機器 (サーバー、GPU、ASIC) が、誘電体冷却剤で満たされたタンク内に垂直または水平に沈められます。コンポーネントによって発生した熱は、主に対流を通じて周囲の流体に直接伝達されます。重要なことは、冷却剤はこの一次冷却プロセスを通じて 液体状態を維持すること 、つまり「単相」であるということです。
吸収された熱を除去するために、温められた誘電性流体が浸漬タンクからポンプによって積極的に循環されます。この熱は、熱交換器 (多くの場合液体対液体) を備えた外部の熱遮断ユニット、通常は冷却剤分配ユニット (CDU) に流れます。ここで、熱は誘電体冷却材から二次ループ、通常は設備水に伝達されます。冷却された誘電性流体はポンプで浸漬タンクに戻され、冷却サイクルが継続されます。
流体: 通常、比較的高い沸点、低い揮発性 (蒸発損失の低減)、優れた熱安定性、および多くの場合 2 相流体と比較して低コストを特徴とする炭化水素ベースの加工流体 (鉱油や合成油など) が使用されます。
ハードウェア: タンク (オープンバスまたは密閉ユニットとして設計可能)、誘電性流体の粘度と流量を処理できる堅牢なポンプ、および施設の排熱システムと接続するための外部 CDU または熱交換器が必要です。
二相浸漬冷却にもハードウェアを誘電性流体に浸す必要がありますが、重要な違いは、流体の沸点が非常に低くなるように特別に設計されていることです (通常、動作圧力で約 50 ～ 60°C または 120 ～ 140°F)。
コンポーネントが加熱されると、周囲の液体がその表面で直接沸騰します。この液体から蒸気への相変化は、ほぼ一定の温度で大量のエネルギー (蒸発潜熱) を非常に効率的に吸収します。発生した蒸気は密度が低いため、自然にタンクの上部に上昇します。そこで、タンクの蓋または上部に組み込まれた凝縮器（通常、設備水または別の二次ループによって冷却されるコイル）に遭遇します。蒸気は潜熱を凝縮器に放出し、液体に戻り、重力によって主液槽に滴下して戻ります。この内部沸騰/凝縮サイクルは一次冷却メカニズムを提供し、を循環させるためのポンプの必要性を大幅に排除します。 一次誘電性流体 タンク自体内で
液体: 低沸点の特殊フッ素系誘電液を採用。しかし、現在の規制環境では、により、3M Novec シリーズのような従来の液体は世界的な段階的廃止に直面しています。 厳しい PFAS (パーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質) 環境規制.
最新の 2-PIC システムは、次世代のゼロ PFAS、低 GWP (地球温暖化係数) 配合に移行することで、これらの化学物質コンプライアンスのボトルネックを回避する必要があります。これらの適合流体は揮発性が高く、非常に高価であるため、壊滅的な流体損失と運用コストの超過を防ぐには、漏れのない絶対的な密閉タンク環境を維持することが最も重要です。
ハードウェア: 蒸気圧を管理し、高価な揮発性液体の損失を最小限に抑えるために、通常は密閉または半密閉の慎重に設計されたタンクが必要です。統合されたコンデンサーは重要なコンポーネントです。タンク内での一次流体のポンピングは不要になることがよくありますが、凝縮器を冷却する外部ループには依然としてポンプが必要です。
これらのテクノロジー間のニュアンスを理解するには、いくつかの主要な領域を直接比較する必要があります。
1-PIC: に依存します。 顕熱伝達 対流による効率は流体の特性 (熱伝導率、比熱、粘度) とポンプによって生成される流量によって決まります。効果はありますが、熱吸収の点では沸騰よりも効率が低くなります。
2-PIC:主に に依存します 潜熱伝達 による 核沸騰。このメカニズムは本質的に高い熱伝達係数を備えており、コンポーネント表面からより効率的に熱を直接除去できます。
1-PIC: 特定の実装と使用する流体に応じて、ラックあたり最大 100 kW、または 200 kW に近づくこともある高ラック密度を処理できます。
2-PIC: 一般に、沸騰熱伝達の優れた効率により、ラックあたり 200 ～ 250 kW を超えることが多く、潜在的にはさらに高い最大電力密度を処理できると考えられています。これにより、最も計算量の多いアプリケーションにとって魅力的になります。
1-PIC: 良好な温度制御を実現できますが、流体がコンポーネントを通過する際に本質的に温度が上昇し、システム全体に温度勾配が生じます。
2-PIC: 沸騰プロセスはほぼ一定の飽和温度で発生します (圧力に依存します)。これにより通常、浸漬されたコンポーネントの表面全体で優れた温度均一性が得られ、熱応力が軽減され、ホットスポットがより効果的に軽減されます。
1-PIC: 高沸点オイル/合成油を使用します。一般に、コストが低く、揮発性がはるかに低く（蒸発損失が最小限）、取り扱いが簡単で、多くの場合、環境への懸念が少なくなります（特定の流体に応じて）。
2-PIC： 低沸点フッ素系薬剤を使用しています。大幅に高いコスト、高い揮発性（高価な損失を防ぐために密閉システムが必要）、一部の流体では GWP が高くなる可能性がある（ただし、新しいオプションは改善されています）、PFAS 化学物質に関する規制上の考慮事項。優れた誘電特性は必須です。
1-PIC: よりシンプルなコンセプト – 堅牢な一次ループポンプと外部 CDU が必要です。タンクの設計はそれほど複雑ではありません (オープンバスが一般的で、アクセスが簡素化されます)。
2-PIC: 一次ループポンプは不要ですが、効率的な一体型凝縮器と密閉/半密閉タンクが必要となり、タンク設計自体が複雑になり、コストがかかる可能性があります。コンデンサーを冷却するには外部ループが必要です。
1-PIC と 2-PIC はどちらも、従来の空冷に比べて PUE が大幅に向上し、多くの場合、理想 (1.0) に非常に近い数値を達成します。
2-PIC は、一次ポンピング エネルギーの除去と高効率の熱伝達により、わずかな優位性 (たとえば、潜在的に 1.01 ～ 1.02 程度の PUE) を主張することがよくあります。
1-PIC PUE も優れており (たとえば、1.02 ～ 1.03 以上)、主な冷却エネルギーのオーバーヘッドは一次循環ポンプと外部熱除去システム (両方に共通) から得られます。実際の PUE は、特定の設計、規模、施設冷却との統合に大きく依存します。
1-PIC: サービスが容易であると認識されることがよくあります。オープンバス設計により、ハードウェアに直接アクセスできます (ただし、液体の滴下には管理が必要です)。液体は揮発性が低く、一般に取り扱いが容易です。
2-PIC: メンテナンスはさらに複雑になる場合があります。密閉タンクは、蒸気損失を最小限に抑えるために慎重に開ける必要がある場合があります。揮発性液体の取り扱いには特別な手順が必要です。一部の情報源は、コンポーネントの交換に液体の排出が必要ないためメンテナンスが簡単になると主張していますが、蒸気の管理は依然として重要な考慮事項です。
長所:
システムの仕組みがシンプルになり、ハードウェアの複雑さが軽減される可能性があります。
コストが低くなり、作動流体の揮発性が大幅に低くなります。
液体の取り扱いが容易になり、ハードウェアへのアクセスが容易になる可能性があります (オープンバス)。
成熟し、広く導入されているテクノロジー。
短所:
2-PIC と比較して最大発熱密度能力が低い。
一次流体のポンピングに多大なエネルギーを必要とします。
沸騰に比べて固有の温度均一性が低くなります。
長所:
最高の熱伝達効率と極めて高い電力密度に対応します。
等温沸騰による優れた温度均一性。
一次流体のポンピングエネルギーを排除します (ただし、凝縮器ループには冷却が必要です)。
達成可能な最低の PUE となる可能性があります。
短所:
システムの複雑さの増加 (密閉タンク、凝縮器、蒸気管理)。
液体コストが大幅に高く、揮発性が高い（密封が必要、紛失のリスク）。
一部のフッ素化流体 (GWP、PFAS) に関連する環境/規制上の懸念。
メンテナンス手順がより複雑になる可能性があります。
1-PIC と 2-PIC のどちらを選択するかは必ずしも明確ではなく、特定の要件に大きく依存します。
1-PIC は 、シンプルさ、初期コストの削減、および操作の容易さが最優先される、空冷よりも大幅な密度の向上 (ラックあたり最大 100 ～ 200 kW の範囲) が必要なアプリケーションで好まれることがよくあります。これは、多くの HPC、AI、エンタープライズ データ センター向けの堅牢で実績のあるソリューションです。
2-PIC は通常、最先端のスーパーコンピューター、エクストリーム AI/ML トレーニング クラスター、最大の熱性能と可能な限り低い PUE が最重要であり、より高い複雑性/コストが正当化される特殊な高磁束エレクトロニクスなど、電力密度の絶対限界 (>200 kW/ラック) を押し上げるアプリケーションで検討されます。
初期の CAPEX、長期的な OPEX、地域の環境コンプライアンス、将来を見据えたスケーラビリティなどの要素が、最終的なアーキテクチャ パスを決定します。
よりシンプルな 1-PIC インフラストラクチャと極端な 2-PIC 熱密度の間のギャップを埋めるために、 Winshare Thermal は 世界的なデータセンター アーキテクトと協力して、 ハイブリッド高出力液体冷却ソリューションを導入しています。.
当社の超低熱抵抗のダイレクト・トゥ・チップ (D2C) 液体コールド プレートを最大ワット数の ASIC/GPU に利用するとともに、二次コンポーネント用の拡張可能な単相油浸を利用することで、完全二相浸漬システムに伴う規制リスクや液体の揮発性の高いコストを発生させることなく、施設がほぼ完璧な PUE を達成できるように支援します。
浸漬冷却液の開発は進行中です。 2-PIC については、優れた熱特性と誘電特性を維持しながら、GWP が低く、材料適合性が向上し、コストが低い新しい流体を作成することに重要な研究が焦点を当てています。 PFAS 化学物質を取り巻く規制は、将来の流体の選択に影響を与える可能性があります。 1-PIC では、より優れた熱伝導率とより低い粘度を実現する流体特性の最適化において進歩が続けられています。また、両方のテクノロジーの利点を組み合わせようとするハイブリッド アプローチが登場する可能性もあります。
単相浸漬冷却と二相浸漬冷却はどちらもデータセンターの熱管理における画期的な進歩を表しており、従来の空冷と比較して効率、密度、持続可能性が大幅に向上します。 1-PIC は、揮発性の低い流体を使用した高密度液体冷却への、よりシンプルで、多くの場合、よりコスト効率の高い手段を提供します。 2-PIC は最高の熱伝達性能を提供し、極端な電力密度を実現しますが、より複雑になり、流体のコスト、揮発性、環境への影響を考慮する必要があります。
最適な選択は普遍的ではありません。現在および将来の電力密度のニーズ、資本および運用予算、技術的専門知識、リスク許容度、持続可能性の目標を徹底的に評価する必要があります。施設の特定の目標に最も適した浸漬冷却戦略を選択するには、慎重な評価と冷却専門家との頻繁な相談が不可欠です。
データセンターやその他の高出力電子アプリケーション全体で高度な冷却ソリューションの需要が高まるにつれ、熱工学に関する深い専門知識が不可欠になります。で Winshare Thermalは 2009 年に設立され、これらの進化する課題に対応できる高性能の熱管理ソリューションの設計、シミュレーション、製造に専念しています。
当社の幅広い背景 高度な液体冷却システムは、 単相であろうと二相であろうと、効果的な浸漬冷却を展開するために重要な中心原理の強力な基盤を提供します。これには以下の専門知識が含まれます。
高効率の 熱交換器を設計します。CDU (1-PIC の場合) および凝縮器 (2-PIC の場合) の重要なコンポーネントである
複雑な熱アセンブリ内のを最適化します。 流体力学 と熱伝達
詳細な 熱シミュレーション (CFD)を実施して 、システムのパフォーマンスを予測および検証します。
精密 製造。 複雑な熱コンポーネントおよびアセンブリの
Winshare Thermal: AI グレードの液体冷却システムの製造パートナー
次世代データセンター冷却の導入には、単に液体を購入するだけでは不十分です。それには、数十年にわたる連続稼働に耐える、漏れのない高精度の熱ハードウェアを構築できる製造パートナーが必要です。
では Guangdong Winshare Thermal Technology Co., Ltd.、高密度液冷インフラストラクチャ向けの包括的なエンジニアリングおよび本格的な製造サービスを提供しています。 の認証を取得した IATF 16949、ISO 9001:2015、および ISO 14001:2015当社の中核的な製造能力は、以下を通じて液浸および液冷の展開を直接サポートします。
大容量 CDU および熱交換器: 単相炭化水素油の流体力学と粘度に合わせて最適化された工業グレードの液体対液体熱交換器の精密製造。
ハーメチック二相コンデンサー モジュール: 完璧な構造的完全性を備えた高度なマルチチャンネル コンデンサー アセンブリを作成し、密閉環境での蒸気の流出ゼロを保証します。
デュアルベースのサプライ チェーン セキュリティ: に高度な熱シミュレーション ラボと大規模製造施設を設置し 中国とタイの両国、世界的なハイパースケーラーとサーバー OEM に無関税配送オプションと厳格な国際コンプライアンスを提供します。
データセンター インフラストラクチャを将来にわたって保証する準備はできていますか? 熱のボトルネックによってコンピューティング能力が制限されないようにしてください。
ラック レイアウト、目標熱密度、または CAD エンクロージャ ファイルを以下に送信してください。 当社の上級液体冷却エンジニアリング チームは、包括的な技術レビュー、CFD 流体の流れの最適化、および工場直接の商用提案を 24 時間以内に提供します。
