고전력 서버의 방열 문제
데이터 센터는 정보의 "슈퍼 팩토리"와 같으며, 밤낮으로 엄청난 양의 데이터를 처리합니다. 데이터 센터로 들어가면 키가 큰 캐비닛이 줄지어 보입니다. 내부의 서버는 지치지 않는 "일 중독자"처럼 고속으로 실행됩니다. 하지만 알고 계신가요? 이러한 서버는 강력한 컴퓨팅 파워를 제공하지만 심각한 열 발산 문제에도 직면합니다.
기술의 급속한 발전으로 서버의 성능은 계속 상승하고 있으며 전력 소비량도 극적으로 증가하고 있습니다. 기존의 공랭 방식은 작은 선풍기를 사용하여 큰 스토브를 식히는 것과 같지만, 점점 더 그렇게 할 수 없게 되었습니다. 일반적인 데이터 센터를 예로 들면, 제곱미터당 캐비닛 전력 밀도는 수 킬로와트에 달할 수 있습니다. 일부 고성능 컴퓨팅 시나리오에서는 단일 캐비닛의 전력이 수십 킬로와트를 초과할 수도 있습니다. 이러한 고부하에서 기존의 공랭 시스템은 열을 제거하기 위해 고출력 에어컨 장치와 많은 수의 냉각 팬을 장착해야 합니다. 이는 엄청난 양의 에너지를 소모할 뿐만 아니라 데이터 센터의 전력 소비량의 약 40%를 차지하며 IT 장비 자체에 이어 두 번째이지만 방열 효과도 만족스럽지 않습니다.
서버 내부의 CPU, GPU 및 기타 칩은 많은 열을 발생시킨다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 그러나 데이터 저장 및 읽기 및 쓰기의 핵심 구성 요소로서 메모리의 방열 문제도 무시할 수 없습니다. 오늘날의 고성능 서버 메모리, 특히 DDR5 및 더 높은 사양의 메모리 모듈은 이전 세대에 비해 전력 소비가 크게 증가했습니다. 표준 전력 소비는 일반적으로 최대 15W이며 고전력 DIMM이 더 일반적입니다. 메모리가 고온 환경에서 오랫동안 작동하면 답답한 방에서 자주 실수를 하는 피곤한 서기처럼 데이터 읽기 및 쓰기 오류율이 크게 증가합니다. 이는 시스템 성능 저하로 이어질 뿐만 아니라 심각한 경우 충돌 및 데이터 손실과 같은 치명적인 결과를 초래하여 데이터 센터의 안정적인 운영에 그림자를 드리울 수 있습니다.
액체 냉각 기술이 돋보이는 이유
기존 공랭의 어려움에 직면하여 액체 냉각 기술은 "방열 마법사"처럼 눈부신 데뷔를 했습니다. 이름에서 알 수 있듯이 액체 냉각은 액체를 열 전달 매체로 사용하여 서버에서 생성된 열을 빠르게 제거합니다. 작동 원리는 인체의 혈액 순환 시스템과 비교할 수 있습니다. 펌프로 구동되는 냉각수는 신중하게 설계된 파이프를 따라 순환하고 CPU, GPU, 메모리 등과 같은 서버의 발열 구성 요소를 "열 운반체"처럼 흐르면서 열을 외부 냉각 장치로 지속적으로 전달하고 마지막으로 공기 중으로 발산합니다.
공기 냉각과 비교했을 때, 액체 냉각의 장점은 분명합니다. 첫째, 액체의 열전도도는 공기의 약 25배로, 이는 액체에서 열이 더 빠르고 효율적으로 전달되고 번개처럼 빠르게 방출되어 서버 내부를 항상 "시원하게" 유지할 수 있음을 의미합니다. 더운 여름날과 마찬가지로 차가운 물로 손을 씻으면 손의 열을 빠르게 제거할 수 있지만, 바람의 냉각 효과는 훨씬 덜 효과적입니다.
둘째, 액체 냉각 시스템은 안정성이 뛰어납니다. 액체의 비열 용량이 크기 때문에 많은 양의 열을 흡수한 후 자체 온도 상승이 비교적 작아 서버에 비교적 안정적인 열 환경을 제공하고 과도한 온도 변동으로 인한 하드웨어 오류를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 이는 서버에 일정한 온도의 "보호복" 층을 입히는 것과 같아 외부 환경이 어떻게 변하더라도 서버가 안정적으로 실행될 수 있습니다.
또한 액체 냉각 기술은 에너지 절약과 소음 감소에 뛰어납니다. 한편, 액체 냉각 시스템은 공랭과 같은 많은 수의 고출력 냉각 팬을 장착할 필요가 없으므로 팬의 에너지 소비를 줄이고 팬 작동으로 인해 발생하는 소음도 줄어듭니다. 통계에 따르면 액체 냉각 데이터 센터는 기존 공랭 데이터 센터에 비해 에너지 소비를 약 30% 줄일 수 있어 데이터 센터의 전기 요금을 크게 줄이고 친환경 에너지 절약을 달성할 수 있습니다. 반면, 팬의 윙윙거리는 소리가 없으면 데이터 센터가 더 조용해져 운영 및 유지 관리 인력에게 비교적 편안한 작업 환경을 조성하고 주변 환경에 대한 소음의 영향을 줄일 수 있습니다.
마지막으로, 액체 냉각 기술은 서버의 고밀도 배치를 가능하게 합니다. 액체 냉각 시스템은 방열 효율이 높고 고전력 밀도 서버에서 발생하는 대량의 열을 효과적으로 처리할 수 있기 때문에 동일한 공간에 더 많은 서버를 배치하여 데이터 센터의 컴퓨팅 성능과 저장 밀도를 개선하고 귀중한 컴퓨터실 공간 리소스를 최대한 활용할 수 있습니다. 마치 제한된 토지에 더 높은 마천루를 짓는 것처럼 데이터 센터의 "생산 용량"을 크게 늘릴 수 있습니다.
고전력 서버의 메모리 액체 냉각 솔루션
고전력 서버의 메모리 액체 냉각 솔루션
- 기존 솔루션의 한계
현재 업계의 기존 메모리 액체 냉각 솔루션은 대부분 강철 파이프나 구리 파이프를 사용하여 냉각판을 연결하여 열을 발산합니다. TIM(열 인터페이스 소재)은 튜브 표면에 부착되고 TIM과 DIMM 간의 접촉을 통해 냉각이 이루어집니다. 이 설계는 DIMM 온도를 낮추고 성능을 어느 정도 향상시킬 수 있지만 많은 단점이 있습니다.
한편, 호환성이 좋지 않습니다. 서버 시스템 레이아웃의 다양성으로 인해 고정된 DIMM 간격을 가진 이 설계는 표준 부품으로 다른 플랫폼에 적용할 수 없습니다. 이는 체형이 다른 사람들을 위해 같은 사이즈의 맞춤 옷을 만드는 것과 같습니다. 너무 꽉 끼거나 너무 느슨하여 완벽하게 맞추기 어렵습니다. 이는 전체 비용을 크게 증가시킬 뿐만 아니라 시스템 안정성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 관련 데이터에 따르면 서버 액세서리를 자주 교체해야 하는 일부 시나리오에서 메모리 액체 냉각 호환성 문제로 인한 추가 비용 지출이 전체 냉각 시스템 비용의 30% 이상을 차지할 수 있습니다.
반면, 유지관리가 어렵습니다. DIMM 액체 냉각 시스템은 DIMM을 꽂고 뽑을 때 쉬운 유지관리가 필요합니다. 그러나 현재 설계는 DIMM을 꽂고 뽑을 때 튜브 표면의 TIM을 손상시킬 위험이 있습니다. 또한 접촉력을 제어하기 어려워 DIMM과 튜브 사이의 접촉이 불량하여 DIMM 온도 분포가 고르지 않을 수도 있습니다. 정밀 기기의 핵심 구성 요소를 분해하고 설치할 때와 마찬가지로 내부의 민감한 구성 요소를 실수로 손상시켜 전체 기기의 정상적인 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 대형 데이터 센터의 운영 및 유지관리 기록에서 메모리 꽂고 뽑기로 인한 방열 오류가 자주 발생하여 운영 및 유지관리 인력에게 큰 문제를 일으키고 시스템 다운타임 위험을 증가시킵니다.
- 혁신적인 솔루션의 하이라이트
이러한 과제를 극복하기 위해 모듈형 열 및 기계적 냉각판을 기반으로 하는 고전력 메모리 액체 냉각 시스템이 개발되었습니다. 이 시스템은 DIMM에 직접 연결된 특수 방열판을 사용하여 메모리에서 생성된 열을 원격 냉각판으로 효율적으로 전달합니다. 흐르는 액체를 통해 열 교환을 달성하여 DIMM 온도를 최적화하고 적절한 작동 범위 내에서 유지합니다.
모듈형 히트싱크와 콜드 플레이트 설계는 이 혁신적인 솔루션의 핵심 하이라이트입니다. DIMM과 히트싱크를 별도로 조립하고 압력을 사용하여 균일한 접촉력을 유지함으로써 DIMM과 히트싱크 사이의 안정적인 접촉이 보장되어 열이 효율적으로 전달되고 접촉 불량으로 인한 국부 과열을 방지합니다. 또한 DIMM 온도 분포가 더욱 균일해져 안정적인 메모리 작동에 대한 확실한 보장이 제공됩니다.
호환성 측면에서 이 디자인은 표준 피치 디자인을 채택하여 여러 DIMM 플랫폼에서 널리 사용할 수 있습니다. DIMM 피치의 벤치마크 디자인은 0.297인치로, 0.297인치에서 0.35인치까지 다양한 DIMM 피치 플랫폼 디자인에서 보편적으로 사용할 수 있습니다. 다양한 사양의 "잠금 장치"에 적용할 수 있는 마스터 키와 같아 추가 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 소규모 기업의 데이터 서버이든 대규모 데이터 센터의 고성능 컴퓨팅 클러스터이든 호환성 문제를 걱정하지 않고 쉽게 관리할 수 있습니다.
적응성도 이 솔루션의 주요 장점입니다. 다양한 DIMM 전력 소비 요구 사항을 충족하기 위해 필요에 따라 방열판 소재나 디자인을 유연하게 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 전력 소비가 높은 DDR5 고전력 DIMM의 경우 열 전도성이 더 강한 구리 방열판을 선택하고 방열판 핀 구조를 최적화할 수 있습니다. 전력 소비가 비교적 낮은 일반 DIMM의 경우 저렴한 알루미늄 방열판을 사용하여 방열 효과를 보장하는 동시에 정밀한 비용 제어를 달성할 수 있습니다. 이를 통해 서버 제조업체와 데이터 센터 운영자는 실제 비즈니스 요구 사항에 따라 가장 적합한 메모리 냉각 솔루션을 맞춤화하여 리소스 낭비를 피할 수 있습니다.
이 혁신적인 솔루션의 우수성을 검증하기 위해 연구원들은 Flotherm 2210 툴을 사용하여 열 시뮬레이션을 수행했습니다. 결과에 따르면 새로운 설계는 열 저항 측면에서 기존 냉각 솔루션보다 성능이 뛰어나며 개선 범위는 8%~19%입니다. 동시에 DDR5 TTV 테스트에서 실제 테스트 결과는 시뮬레이션과 5% 이내로 차이가 나 새로운 솔루션의 효과를 더욱 입증했습니다. 즉, 새로운 액체 냉각 솔루션을 채택한 후 메모리 모듈은 마치 동력이 부족한 자동차를 고성능 엔진으로 교체하는 것처럼 열을 더 빨리 발산할 수 있어 고속 주행 시에도 양호한 열 발산을 유지하여 서버 시스템의 안정적이고 효율적인 작동을 보장합니다.
메모리 액체 냉각의 실제 성능
대형 인터넷 회사의 데이터 센터에서 원래 전통적인 공랭을 사용하던 서버는 업무 피크 기간에 메모리 온도가 급격히 상승하고, 시스템은 자주 오류를 보고하여 운영 및 유지 관리 직원이 종종 압도당했습니다. 이 문제를 완전히 해결하기 위해 모듈형 열 및 기계적 냉각판을 기반으로 하는 메모리 액체 냉각 솔루션을 도입했습니다.
구현 후 효과는 상당합니다. 서버 메모리 온도는 정확하게 제어됩니다. 고부하 작동 시에도 온도 변동이 극히 작고 항상 이상적인 작업 범위에 머물러 있습니다. 시스템 안정성이 크게 향상되었습니다. 메모리 과열로 인한 시스템 충돌 및 데이터 오류와 같은 문제는 거의 사라졌으며 비즈니스 연속성이 효과적으로 보장되었습니다. 동시에 데이터 센터의 에너지 소비도 크게 감소했으며 전기 비용 절감이 상당하여 기업에 실질적인 경제적 이익을 가져다줍니다.
인공지능 컴퓨팅에 집중하는 스타트업 기업도 있습니다. 사업이 빠르게 확장되면서 서버 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 고전력 서버에서 복잡한 AI 모델을 실행하면 메모리 냉각이 병목 현상이 됩니다. 새로운 메모리 액체 냉각 시스템을 교체한 후 서버에 부스터가 주입된 것처럼 보였고 성능이 완전히 해제되었으며 모델 학습 시간이 크게 단축되었고 제품의 빠른 반복에 대한 강력한 지원이 제공되어 회사가 치열한 시장 경쟁에서 두각을 나타내는 데 도움이 되었습니다.
이러한 성공 사례를 통해 메모리 액체 냉각 기술이 실제 전투에서 강력한 힘을 발휘하여 많은 회사의 데이터 센터가 안정적이고 효율적으로 운영될 수 있음을 알 수 있습니다. 미래를 내다보면 재료 과학과 제조 공정이 지속적으로 발전함에 따라 메모리 액체 냉각 기술은 계속 발전할 것입니다. 냉각수의 열전도도가 더욱 향상되고 방열 파이프와 방열판의 설계가 더욱 정교하고 효율적이 되며 호환성과 유지 관리성이 새로운 차원에 도달하여 고출력 서버 개발을 위한 견고한 방열 경로를 마련하여 디지털 세계가 번성하도록 돕습니다.
액체 냉각 시대를 받아들이다
고출력 서버 메모리 액체 냉각 기술의 등장은 데이터 센터의 방열 문제에 대한 혁신적인 솔루션을 가져왔습니다. 기존의 공랭식 냉각으로는 충족할 수 없는 고방열 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 기존 메모리 액체 냉각 솔루션의 호환성 및 유지 관리 문제도 극복합니다. 뛰어난 방열 성능, 뛰어난 안정성, 상당한 에너지 절약 효과 및 우수한 적응성으로 서버의 효율적이고 안정적인 작동을 보장합니다.
디지털 전환이 가속화되는 이 시대에 정보 사회의 초석인 데이터 센터는 전례 없는 도전과 기회에 직면해 있습니다. 액체 냉각 기술의 부상은 의심할 여지 없이 미래 데이터 센터에서 새로운 장을 여는 열쇠입니다. 기업이 치열한 시장 경쟁에서 두각을 나타내려면 기술 개발 추세를 따라가고 메모리 액체 냉각과 같은 첨단 기술에 주의를 기울이고 적극적으로 적용해야 합니다. 저는 가까운 미래에 액체 냉각 기술이 지속적으로 대중화되고 개선됨에 따라 데이터 센터가 새로운 변화를 선도하고 글로벌 디지털 경제의 활발한 발전에 지속적인 원동력을 불어넣을 것이라고 믿습니다. 무한한 가능성으로 가득 찬 이 액체 냉각 시대를 기다려 보고 환영합시다!