심층 분석! 2상 냉각판 액체 냉각 시스템의 장점과 과제

최근 인공지능 빅모델링, 클라우드 컴퓨팅, 슈퍼컴퓨팅 등 여러 분야에서 컴퓨팅 성능에 대한 요구 수준이 높아지고 있습니다. 서버의 빠른 발전과 칩의 지속적인 업그레이드로 인해 열 방출에 대한 수요 또한 급증하고 있습니다. 이러한 고밀도 열 방출 요구에 대응하여 액체 냉각 기술은 콜드 플레이트 액체 냉각, 침지 액체 냉각, 분무 액체 냉각 등 다양한 방식으로 발전해 왔습니다. 그중에서도 콜드 플레이트 액체 냉각은 현재 주류를 이루는 성숙한 기술 솔루션이며, 단상 콜드 플레이트 액체 냉각과 이상 콜드 플레이트 액체 냉각으로 나눌 수 있습니다. 오늘은 지알레데(Jialede)와 함께 이상 콜드 플레이트 액체 냉각 기술에 집중하여 이 기술의 장점과 과제를 심층적으로 분석해 보겠습니다.

광범위한 시장 조사를 바탕으로, 본 논문에서는 2상 냉각판 액체 냉각의 기술적 이점을 다음 세 가지 측면에서 살펴볼 것입니다.

액체 냉각 시스템의 아키텍처 및 호환성

침수식 액체 냉각 방식과 비교했을 때, 콜드 플레이트 액체 냉각 방식은 기존 서버 아키텍처에 더 잘 적응하며, 전체 무게 변화가 크지 않아 전산실의 부하 요구 조건이 높지 않습니다. 따라서 기존 전산실의 업그레이드 및 리모델링에 적합하며, 향후 단상 콜드 플레이트를 2상 콜드 플레이트로 업그레이드하는 데에도 용이합니다. 또한, 콜드 플레이트 액체 냉각 방식은 CPU/GPU의 변경이 적고, 관련 배전반 변경도 비교적 간단합니다. 냉각수가 전기 부품과 직접 접촉하지 않으므로 호환성 문제를 예방할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 동일한 방열 조건에서 2상 콜드 플레이트 액체 냉각 시스템의 펌프 구동 에너지 소비량은 단상 콜드 플레이트 및 침수식 액체 냉각 순환 시스템보다 낮습니다.

경제적 효율성

저압 상변화 냉각수의 순환 과정에서 알루미늄을 구리 대신 사용하여 배관에 스테인리스강이나 구리와 같은 고가의 금속 사용을 줄일 수 있으므로 시스템 배관 비용을 절감할 수 있습니다. 침지식 액체 냉각에서 다량의 전자 불소화 액체/광유를 사용하는 것과 비교했을 때, 콜드 플레이트 액체 냉각 시스템은 냉각수 사용량과 일상 유지 보수 중 손실이 침지식 액체 냉각보다 훨씬 적어 초기 투자 비용을 절감할 수 있습니다.

냉각수 특성

전자용 불소화 액체 냉매는 전도율이 매우 낮아 전기 부품 세척에 널리 사용됩니다. 누출이 발생하더라도 전기 ​​부품에 손상을 주지 않으며, 순수 물질이므로 부식 방지제나 살균제 등의 첨가제를 시스템 순환에 추가할 필요가 없어 시스템의 청결도를 유지하고 부식 위험을 줄입니다. 또한, 성숙한 기존 냉동 시스템 기술 덕분에 건식 필터를 설치하면 장기간 청결한 상태를 유지할 수 있으며, 배관 막힘 및 부식 가능성을 크게 줄입니다. 상변화 냉매의 비등 열전달 효율은 단상 대류 열전달 효율보다 약 3~10배 높아 고밀도 열 방출 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 동시에 상변화 냉매의 열 운반 능력 또한 단상 냉매의 현열보다 높습니다. 이 시스템은 적은 유량에서도 열 방출 요구 사항을 충족할 수 있으며 순환 펌프의 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

2상 냉각판 액체 냉각 시스템은 여러 장점을 가지고 있지만, 대부분의 국내 공급업체는 현재 연구 개발 단계에 머물러 있으며 양산 프로젝트는 미미하고 여전히 몇 가지 기술적 과제에 직면해 있습니다.

전자 부품의 응축을 방지하기 위해 적절한 상변화 온도 및 압력을 확보할 수 있는 적합한 불소화 액체 또는 냉매를 찾거나 개발해야 합니다. 이는 증발 온도가 너무 낮거나 누출이 발생할 경우에 적용됩니다.

노드 수준의 액체 유량 제어 및 상변화 압력 제어 기능이 필수적입니다.

부품 크기 문제(소형화/통합), 사용 편의성;

2상 냉각판 액체 냉각 기술은 아직 갈 길이 멀지만, 고밀도 열 방출의 증가나 저온 환경에서 저사양 칩의 오버클럭 수요 증가에 따라 액체 냉각 시장에서 중요한 위치를 차지하게 될 것입니다. 지알레데는 데이터센터 냉각 시스템 분야의 최첨단 기술 탐구에 적극적으로 나서고 있으며, 다수의 해외 서버 및 열 관리 시스템 공급업체와 함께 2상 냉각판 액체 냉각 기술 연구를 진행하고 있습니다. 고객과의 상호 이익을 위한 협력을 통해 미래 컴퓨팅 시장의 정보화, 지능화 및 상업화를 선도하고자 합니다.