高出力サーバーの放熱問題
データ センターは、昼夜を問わず膨大な量のデータを処理する、情報の「スーパー ファクトリー」のようなものです。データ センターに入ると、背の高いキャビネットが何列も並んでいます。内部のサーバーは、疲れを知らない「仕事中毒者」のように高速で稼働しています。しかし、ご存知ですか? これらのサーバーは強力なコンピューティング パワーを提供する一方で、厳しい放熱の課題にも直面しています。
技術の急速な発展に伴い、サーバーの性能は向上し続け、消費電力も大幅に増加しています。従来の空冷方式は、小型のファンで大型ストーブを冷やすようなもので、ますます冷却能力が低下しています。一般的なデータセンターを例にとると、キャビネットの40平方メートルあたりの電力密度は数キロワットにも達することがあります。一部の高性能コンピューティングのシナリオでは、キャビネットXNUMX台の電力が数十キロワットを超えることもあります。このような高負荷下では、従来の空冷システムでは、熱を除去するために高出力のエアコンと多数の冷却ファンを装備する必要があります。これは膨大な量のエネルギーを消費するだけでなく、データセンターの電力消費量の約XNUMX％を占め、IT機器自体に次ぐ割合を占め、放熱効果も不十分です。
サーバー内部のCPU、GPUなどのチップが大量の熱を発生することはよく知られています。しかし、データの保存と読み書きの主要コンポーネントとして、メモリの放熱問題も無視できません。今日の高性能サーバーメモリ、特にDDR5以上の仕様のメモリモジュールは、前世代に比べて消費電力が大幅に増加しています。標準消費電力は通常15Wにも達し、高電力DIMMはさらに一般的です。メモリが高温環境で長時間動作すると、データの読み書きエラー率が大幅に増加します。これは、蒸し暑い部屋で頻繁にミスをする疲れた筆記者のようなものです。これはシステムパフォーマンスの低下につながるだけでなく、深刻な場合にはクラッシュやデータ損失などの壊滅的な結果を引き起こし、データセンターの安定した運用に影を落とします。
液体冷却技術が優れている理由
従来の空冷の難しさに直面して、液体冷却技術は「放熱の魔法使い」のように華々しくデビューしました。液体冷却は、その名の通り、液体を熱伝達媒体として使用し、サーバーで発生した熱を素早く除去します。その動作原理は、人体の血液循環システムに例えることができます。ポンプの駆動により、冷却剤は慎重に設計されたパイプに沿って循環し、CPU、GPU、メモリなどのサーバー内の発熱部品を「熱キャリア」のように流れ、熱を外部の冷却装置に継続的に輸送し、最終的に空気中に放散します。
空冷と比較すると、液体冷却の利点は明らかです。まず、液体の熱伝導率は空気の約 25 倍です。つまり、液体では熱がより速く効率的に伝達され、雷のように素早く放出されるため、サーバーの内部は常に「涼しい」状態を保てます。暑い夏の日に冷たい水で手を洗うと、手の熱がすぐに奪われますが、そよ風の冷却効果ははるかに低くなります。
第二に、液体冷却システムは安定性に優れています。液体の比熱容量が大きいため、大量の熱を吸収した後、液体自体の温度上昇は比較的小さく、サーバーに比較的安定した熱環境を提供し、過度の温度変動によるハードウェア障害を効果的に回避できます。これは、サーバーに一定温度の「防護服」を重ね着しているようなもので、外部環境がどのように変化しても、サーバーが安定して稼働することができます。
さらに、液冷技術は省エネと騒音低減に優れています。一方で、液冷システムは空冷のように多数の高出力冷却ファンを装備する必要がないため、ファンのエネルギー消費が削減され、ファンの動作によって発生する騒音も低減されます。統計によると、液冷データセンターは従来の空冷データセンターと比較して約30％のエネルギー消費を削減でき、データセンターの電気代を大幅に削減し、グリーン省エネを実現できます。他方、ファンの回転音がないため、データセンターは静かになり、運用・保守担当者にとって比較的快適な作業環境が生まれ、周囲環境への騒音の影響も軽減されます。
最後に、液体冷却技術により、高密度のサーバー配置が可能になります。液体冷却システムは放熱効率が高く、高電力密度のサーバーが発する大量の熱に効果的に対処できるため、同じスペースにさらに多くのサーバーを配置でき、データセンターの計算能力とストレージ密度が向上し、貴重なコンピュータールームのスペースリソースを最大限に活用できます。限られた土地にさらに高い超高層ビルを建てるのと同じように、データセンターの「生産能力」が大幅に向上します。
高出力サーバーのメモリ液体冷却ソリューション
高出力サーバーのメモリ液体冷却ソリューション
- 既存のソリューションの限界
現在、業界の既存のメモリ液体冷却ソリューションは、主に鋼管または銅管を使用して冷却プレートを接続し、熱を放散します。 TIM（熱伝導材料）はチューブの表面に取り付けられ、TIMとDIMMの接触によって冷却が実現されます。 この設計により、DIMMの温度を下げ、パフォーマンスをある程度向上させることができますが、多くの欠点があります。
一方、互換性は低いです。サーバーシステムのレイアウトの多様性により、DIMM間隔が固定されたこの設計は、標準部品として異なるプラットフォームに適用できません。これは、さまざまな体型の人のための同じサイズのオーダーメイドの服のようなものです。きつすぎたり緩すぎたりして、ぴったりとフィットすることが困難です。これにより、全体的なコストが大幅に増加するだけでなく、システムの安定性にも影響する可能性があります。関連データによると、サーバーアクセサリを頻繁に交換する必要があるシナリオでは、メモリ液体冷却の互換性の問題によって発生する追加コスト支出が、冷却システム全体のコストの30％以上を占める可能性があります。
一方、メンテナンスが難しいという欠点もあります。DIMM 液冷システムは、DIMM の抜き差し時にメンテナンスが容易であることが求められます。しかし、現在の設計では、DIMM の抜き差し時にチューブ表面の TIM が損傷するリスクがあります。また、接触力の制御が難しく、DIMM とチューブの接触が悪くなり、DIMM の温度分布が不均一になる可能性があります。精密機器の主要部品を分解して取り付ける場合と同様に、内部の繊細な部品を誤って損傷し、機器全体の正常な動作に影響を与える可能性があります。一部の大規模データセンターの運用保守記録では、メモリの抜き差しによる放熱障害が頻繁に発生し、運用保守担当者に大きな迷惑をかけ、システムダウンタイムのリスクを高めています。
- 革新的なソリューションのハイライト
これらの課題を克服するために、モジュール式の熱および機械式冷却プレートをベースにした高出力メモリ液体冷却システムが開発されました。このシステムは、DIMM に直接接続された特殊なヒートシンクを使用して、メモリによって発生した熱を効率的にリモート冷却プレートに伝達します。液体を流すことで熱交換を実現し、DIMM の温度を最適化して適切な動作範囲内に保ちます。
モジュラーヒートシンクとコールドプレートの設計は、この革新的なソリューションの核となるハイライトです。DIMM とヒートシンクを別々に組み立て、圧力を使用して均一な接触力を維持することにより、DIMM とヒートシンク間の安定した接触が確保され、熱が効率的に伝達され、接触不良による局所的な過熱を回避できます。これにより、DIMM の温度分布もより均一になり、安定したメモリ動作が確実に保証されます。
互換性の面では、この設計は標準ピッチ設計を採用しており、複数の DIMM プラットフォームで幅広く使用できます。 DIMM ピッチのベンチマーク設計は 0.297 インチで、0.297 ～ 0.35 インチのさまざまな DIMM ピッチ プラットフォーム設計で普遍的に使用できます。 これは、さまざまな仕様のさまざまな「ロック」に適応できるマスター キーのようなもので、追加コストを大幅に削減します。 小規模企業のデータ サーバーでも、大規模なデータ センターの高性能コンピューティング クラスターでも、互換性の問題を心配することなく簡単に管理できます。
適応性もこのソリューションの大きな利点です。さまざまな DIMM の消費電力要件を満たすために、必要に応じてヒートシンクの素材や設計を柔軟に調整できます。たとえば、消費電力が高い DDR5 ハイパワー DIMM の場合は、熱伝導率の高い銅製ヒートシンクを選択し、そのヒートシンク フィン構造を最適化できます。消費電力が比較的低い通常の DIMM の場合は、低コストのアルミニウム製ヒートシンクを使用して、放熱効果を確保しながら正確なコスト管理を実現できます。これにより、サーバー メーカーやデータ センターのオペレーターは、実際のビジネス ニーズに応じて最適なメモリ冷却ソリューションをカスタマイズし、リソースの無駄を回避できます。
この革新的なソリューションの優秀性を検証するため、研究者らはFlotherm 2210ツールを使用して熱シミュレーションを実施しました。結果によると、新しい設計は熱抵抗の点で従来の冷却ソリューションよりも優れており、8％から19％の改善が見られました。同時に、DDR5 TTVテストでは、実際のテスト結果がシミュレーションと5％以内の差で、新しいソリューションの有効性がさらに証明されました。これは、新しい液体冷却ソリューションを採用した後、メモリモジュールがより速く熱を放散できることを意味します。これは、パワー不足の車を高性能エンジンに交換したのと同じように、高速走行時に良好な放熱性を維持し、サーバーシステムの安定的で効率的な動作を保証します。
メモリ液冷の実際のパフォーマンス
大手インターネット企業のデータセンターでは、従来型の空冷方式を採用していたサーバーでは、業務のピーク時にメモリ温度が急上昇し、システムから頻繁にエラーが報告され、運用・保守スタッフが手に負えなくなることがよくありました。この問題を完全に解決するために、モジュール式の熱・機械式コールドプレートをベースとしたメモリ液冷ソリューションを導入しました。
導入後の効果は大きく、サーバーメモリの温度が正確に制御され、高負荷動作下でも温度変動が極めて小さく、常に理想的な動作範囲内にとどまります。システムの安定性が大幅に向上しました。メモリ過熱によるシステムクラッシュやデータエラーなどの問題がほぼなくなり、ビジネスの継続性が効果的に保証されました。同時に、データセンターのエネルギー消費も大幅に削減され、電気代も大幅に節約され、企業に実質的な経済的利益をもたらしました。
人工知能コンピューティングに注力するスタートアップ企業もあります。事業の急速な拡大に伴い、サーバー性能に対する要求はますます高まっています。同社の高出力サーバーで複雑なAIモデルを実行する場合、メモリ冷却がボトルネックになります。新しいメモリ液体冷却システムに交換した後、サーバーはブースターを注入されたかのようになり、性能が完全に解放され、モデルのトレーニング時間が大幅に短縮され、製品の迅速な反復に強力なサポートが提供され、激しい市場競争で同社が際立つのに役立ちました。
これらの成功事例から、メモリ液冷技術が実戦でその強力な威力を発揮し、多くの企業のデータセンターの安定的かつ効率的な運用を保証していることがわかります。将来的には、材料科学と製造プロセスの継続的な進歩により、メモリ液冷技術は進化し続けるでしょう。冷却剤の熱伝導性はさらに向上し、放熱パイプとヒートシンクの設計はより洗練され、効率的になり、互換性とメンテナンス性は新たな高みに達し、高出力サーバーの開発に堅実な放熱の道を切り開き、デジタル世界の繁栄に貢献します。
液体冷却の時代を受け入れる
高出力サーバーメモリの液体冷却技術の登場により、データセンターの放熱問題に革新的なソリューションがもたらされました。従来の空冷では満たせない高い放熱要件を満たすだけでなく、既存のメモリ液体冷却ソリューションの互換性とメンテナンスの問題も克服しました。優れた放熱性能、抜群の安定性、大幅な省エネ効果、優れた適応性により、サーバーの効率的で安定した動作を保証します。
デジタル変革が加速するこの時代、情報化社会の礎であるデータセンターは、かつてない課題とチャンスに直面しています。液体冷却技術の台頭は、間違いなく将来のデータセンターの新たな章を開く鍵です。企業が激しい市場競争で目立つためには、技術開発のトレンドに遅れずについていき、メモリ液体冷却などの先進技術に注目し、積極的に適用する必要があります。近い将来、液体冷却技術の継続的な普及と改善により、データセンターは新たな変革を迎え、世界のデジタル経済の活発な発展に継続的な推進力を注入すると信じています。無限の可能性に満ちたこの液体冷却時代を待ち望み、歓迎しましょう。