Поскольку плотность мощности серверов искусственного интеллекта продолжает расти, традиционные архитектуры воздушного-охлаждения приближаются к своему температурному пределу. Решения для жидкостного-охлаждения быстро набирают популярность в кластерах графических процессоров-высокой плотности и ASIC, предлагая более эффективный подход к управлению температурным режимом. Этот сдвиг не только требует перепроектирования силовой архитектуры, но также ставит новые задачи-и возможности-в разработке магнитных компонентов. В этой статье рассматривается, как магнитные компоненты должны развиваться с помощью новых материалов, термически-оптимизированных структур и жидкостной{9}}совместимой упаковки, чтобы соответствовать требованиям современных систем жидкостного-охлаждения.
Рост тепловой плотности в AI-серверах делает недостаточное воздушное охлаждение
В современных системах обучения искусственного интеллекта мощность одного-сервера выросла с нескольких сотен ватт до 2–3 кВт, а полная-потребляющая мощность стойки может достигать 60–100 кВт. Такое увеличение приводит к гораздо более высокой тепловой плотности, чем у обычного оборудования-центров обработки данных.
В ответ на это все чаще внедряются системы жидкостного-охлаждения-холодных-пластинчатого жидкостного охлаждения и погружного охлаждения-, обеспечивающие более высокую-емкость теплового потока, более низкий PUE и более стабильную работу для плотных кластеров серверов.
Такая эволюция тепловой архитектуры вынуждает разработчиков систем переоценивать все термически важные компоненты,-особенно силовые каскады и магнитные компоненты. Для поставщиков магнитных материалов эта среда представляет собой как инженерные проблемы, так и значительный инновационный потенциал.
Новая парадигма проектирования: от «снижения потерь» к «оптимизации теплового пути + совместимости с жидкостями»
В архитектуре с жидкостным-охлаждением простого уменьшения потерь в сердечнике и меди уже недостаточно:
Проектирование тепловых-путей становится приоритетом проектирования. Магнитные сердечники и обмотки должны быть сконструированы таким образом, чтобы быстро отводить тепло к холодным пластинам или границам раздела с охлаждающей жидкостью. Методы включают сквозные-отверстия в сердцевине, встроенные медные трубки в качестве тепловых мостов и канавки на боковых стенках для размещения теплопроводящих силиконовых прокладок для быстрой передачи тепла.
Предпочтение получают уплощенные и планарные магнитные структуры. По сравнению с традиционными сердечниками PQ или EE плоские конструкции обеспечивают большую площадь контакта с холодными пластинами, обеспечивая превосходную тепловую связь,-ключевое преимущество в системах с жидкостным-охлаждением.
Материалы и герметизация требуют модернизации. Стандартный изоляционный лак, пластмассы и конструкционные клеи могут набухать, разрушаться или расслаиваться под воздействием охлаждающей жидкости. Для конструкций нового-поколения требуются коррозионно--стойкие материалы и методы герметизации, оптимизированные для условий погружения или холодной-плиты. Некоторые поставщики даже модифицируют границы зерен сердцевины с помощью анти-коррозионных оксидов для повышения-долговечности.
Суммируя,магнитные компонентыпревращаются из «устройств электрической оптимизации» в совместно-тепловые компоненты,-работающие в тандеме с системами охлаждения, топологиями электропитания и механикой серверов для достижения-теплового баланса на уровне системы.
Инженерные проблемы и технические барьеры
Управление температурой в сравнении с электромагнитными помехами и изоляцией. Использование медных трубок или тепловых мостов ускоряет передачу тепла, но также создает проблемы с электромагнитными помехами и изоляцией. Проектировщики должны сбалансировать теплопроводность с магнитной изоляцией и ограничениями ЭМС.
Надежность материала в среде охлаждающей жидкости. Сердечники, герметики, изоляционный лак и герметизирующие материалы должны выдерживать длительное-воздействие охлаждающей жидкости, термоциклирование и потенциальные химические взаимодействия. Многие материалы еще проходят расширенную квалификацию.
Повышенная сложность изготовления. Плоские сердцевины, конструкция отверстий и конструкции тепловых-мостов предъявляют более жесткие требования к процессу. Материаловедение, инкапсуляция, проектирование теплового-интерфейса и механическая точность — все это играет решающую роль в достижении согласованности и надежности.
Только поставщики, обладающие совместным опытом в области магнитных материалов, теплотехники, жидкостной-герметизации и безопасности ЭМС/изоляции, могут предложить надежные решения для энергетических систем с жидкостным-охлаждением.
Перспективы отрасли: магнитные устройства с жидкостным-охлаждением станут новым стандартом для питания серверов искусственного интеллекта
На основе отзывов производителей магнитных-компонентов и разработчиков силовых-систем:
По мере того как жидкостное охлаждение проникает в серверы искусственного интеллекта и в центры обработки данных с-высокой плотностью размещения данных, новое поколение магнитов-плоских, термически оптимизированных, жидкостных-совместимых-быстро станет массовым явлением.
Традиционные подходы к проектированию, ориентированные исключительно на снижение потерь и повышение эффективности воздушного-охлаждения, будут постепенно упразднены. Будущие процессы проектирования будут уделять особое внимание тепловому пути, тепловой связи, совместимости жидкостей, целостности изоляции и безопасности ЭМС как единой методологии.
Поставщики, способные интегрировать материалы, конструкцию, упаковку и экологические требования в единую стратегию проектирования, получат конкурентное преимущество в следующем цикле обновления серверов искусственного интеллекта и высокопроизводительных высокопроизводительных платформ.
Жидкостное охлаждение представляет собой не просто изменение в термической технологии, но и фундаментальную трансформацию конструкции силовых-компонентов. Магнитные компоненты должны превратиться из простых пассивных устройств в тепловые-критические элементы, спроектированные для обеспечения быстрой передачи тепла, длительного-воздействия охлаждающей жидкости и высокой надежности.
Для производителей силовой-электроники и поставщиков магнитных устройств способность сбалансировать эффективность, тепловые характеристики, надежность, соответствие требованиям ЭМС и технологичность будет определять их конкурентоспособность на быстрорастущих рынках AI-серверов и центров обработки данных с высокой-плотностью-центров обработки данных. В следующем поколении архитектур с жидкостным-охлаждением магнитные компоненты, разработанные с учетом термического КПД и экологической устойчивости, определят следующий шаг вперед в разработке энергетических-систем.
