Introducción
La industria de los disipadores de calor , un sector que no había recibido mucha atención en el pasado, está pasando gradualmente de un segundo plano a un primer plano debido al crecimiento explosivo en la cantidad de datos y cálculos que ha generado la IA.
Aumenta la densidad energética de los centros de datos de China
Fuente de datos CDCC, Instituto Nacional de Investigación de Valores
El Industria de disipadores de calor se enfrenta al punto crítico de la transformación y actualización tecnológica
La conversión de energía eléctrica en otras formas de energía irá acompañada del proceso de realización de trabajo; y realizar trabajo liberará calor, y el sobrecalentamiento quemará la GPU.
Anteriormente, el enfriamiento por aire se utilizaba generalmente para reducir el calor, pero el enfriamiento por aire alcanza el límite superior de la disminución de la rentabilidad energética.
En el caso de los centros de datos de China, existe un requisito claro: los centros de datos deben contar con sistemas de refrigeración líquida. Lo que sí es seguro es que la penetración de la refrigeración líquida aumentará de menos del 10 % actual al 20 % en 2025.
Teniendo en cuenta la planificación y el diseño generales de [conteo este y conteo oeste], se agregarán más gabinetes nuevos en los nodos centrales en el futuro, la solución refrigerada por aire puede no ser capaz de cumplir estrictamente con los requisitos en algunas áreas, y se espera que la tasa de penetración de la solución refrigerada por líquido aumente a un ritmo acelerado.
Si solo en la tecnología de ingeniería de disipación de calor se esfuerza por mejorar el programa original para hacer algunos ajustes u optimización, entonces el progreso de la actualización de la velocidad será más lento, para proporcionar la capacidad de enfriamiento y alto rendimiento, alta aritmética, etc., la brecha entre las necesidades de la brecha entre la demanda será cada vez más grande.
Solo a través de alguna tecnología de disipación de calor creativa y disruptiva, que logre fundamentalmente una escala de órdenes de magnitud o varias veces la capacidad de mejorar, es posible resolver el uso actual de la tecnología tradicional enfrentada por la disipación de calor del rendimiento del chip de la brecha cada vez mayor entre la oferta y la demanda.
Debido al rápido aumento de la demanda aritmética de IA, el aumento de potencia de CPU/GPU asociado está mostrando una tendencia acelerada, lo que requiere soluciones de enfriamiento más potentes y efectivas para mantener los dispositivos funcionando correctamente.
Fuente: Zheshang Securities Co., Ltd.
Los grandes fabricantes toman la iniciativa en la promoción de la tecnología de disipación de calor
Después de la era de la Ley de Moore, el rendimiento del chip de IA y la sincronización del consumo de energía aumentaron drásticamente, el techo de consumo de energía de enfriamiento a nivel de chip refrigerado por aire es de aproximadamente 800 W, refrigerado por aire para alcanzar el límite superior de potencia después de la disminución rentable.
Como la GPU producida en masa más avanzada del mundo hoy en día, la potencia de NVIDIA H100 es tan alta como 700-800 W. Esta es solo la potencia requerida por una GPU, que ya es más que un acondicionador de aire de un caballo común.
Según el Economic Daily News de Taiwán, NVIDIA y TSMC están trabajando con fabricantes de hardware para avanzar en la tecnología de disipación de calor.
Según fuentes de la cadena de suministro de IA, el proveedor de tecnología de tratamiento térmico Golik está trabajando activamente con TSMC y NVIDIA para desarrollar sistemas de enfriamiento líquido por inmersión en GPU de IA.
A medida que la capacidad de procesamiento aritmético sigue aumentando, el rendimiento de los chips debe mejorarse considerablemente para soportarla, lo que plantea otro desafío importante: el consumo de energía de diseño térmico (TDP) del chip.
Recientemente, también se reveló que Golik, un proveedor de tecnología de tratamiento térmico de la provincia china de Taiwán, ha conseguido un pedido de 150 distribuidores refrigerados por líquido de TSMC y está trabajando con TSMC y NVIDIA para desarrollar sistemas de refrigeración líquida por inmersión para GPU de IA.
Intel también apoya la tecnología de refrigeración líquida por inmersión y, en 2022, Intel afirmó que "el momento de la refrigeración líquida por inmersión es ahora".
La tecnología de refrigeración líquida por inmersión se convertirá en la tecnología de refrigeración convencional.
Actualmente, la primera solución de refrigeración líquida convencional es la circulación de agua a través de la bomba y las tuberías hasta el interior del cuerpo para eliminar el calor. La otra es la tecnología de inmersión, en la que la fuente de calor (como los chips) se coloca en un líquido no conductor, lo que elimina la energía térmica.
Por ello, con el fin de aumentar la densidad de potencia de un único armario, en los últimos años los centros de datos han empezado a utilizar de forma habitual soluciones de refrigeración líquida. Se puede dividir en dos grandes líneas tecnológicas: Cold Plate e Immersion.
El primero calienta el dispositivo a través de la placa fría, transfiriéndolo indirectamente al líquido refrigerante cerrado en la tubería de circulación; el segundo calienta directamente el dispositivo y la placa de circuito en su totalidad, directamente en el líquido.
En comparación con el medio de aire, la conductividad térmica del líquido es mayor, la capacidad calorífica específica es mayor, la capacidad de absorción de calor también es más fuerte. Además, los costos operativos, la refrigeración por líquido también tiene una mayor ventaja.
Esta tecnología de empaquetado de disipación de calor con un ciclo de enfriamiento líquido triple de la tecnología del dispositivo del servidor puede eliminar todos los sistemas de enfriamiento secundario y terciario para los centros de datos. Simplemente inserte el servidor autosumergible en el gabinete y luego conéctelo a la tubería de agua y la tubería de refrigerante no conductora se puede usar directamente.
| Métodos de disipación de calor | Principio de disipación de calor | Ventajas | Desventajas |
| refrigeración por aire | El calor generado por la CPU/GPU cuando está funcionando se transfiere al disipador de calor y el calor se transfiere con el aire circundante bajo la acción del ventilador. | Precio bajo (el precio actual del Leemin IBE de doble torre refrigerado por aire de gama alta, por ejemplo, es de solo 600 yuanes), alta seguridad | Ruidoso, gran tamaño, eficiencia de enfriamiento limitada, depende de la ventilación del chasis. |
refrigeración por aire
| Métodos de disipación de calor | Principio de disipación de calor | Ventajas | Ventajas |
| Refrigeración por agua | El calor de la CPU es absorbido por el líquido en la tubería bajo la acción de la bomba de agua, se enfría y luego circula repetidamente. | Bajo nivel de ruido, la capacidad de enfriamiento máxima es mayor que la refrigeración por aire, no depende de los conductos de aire del chasis | Precio alto, precio de especificación de 360 mm dentro de 800-1000 dólares, el mantenimiento completamente cerrado es difícil, existe riesgo de fuga de agua |
Solución de refrigeración líquida
En términos de tecnología de disipación de calor, el módulo de disipación de calor actual se basa en tecnología de disipación de calor híbrida activa-pasiva con tecnología de tubo de calor.
Actualmente, los módulos térmicos se clasifican en “refrigeración por aire” y “refrigeración por líquido”:
La disipación de calor por refrigeración por aire consiste en utilizar el aire como medio, a través de materiales de interfaz térmica, láminas de ecualización de calor (VC) o tubos de calor y otros materiales intermedios, mediante un disipador de calor o un ventilador y convección de aire para la disipación del calor.
La disipación de calor enfriada por líquido es a través de, o disipación de calor sumergida, principalmente a través de la disipación de calor por convección de calor del líquido, y luego hace que el chip se enfríe, pero con el aumento del calor generado por el chip y el tamaño del chip se reduce, el consumo de energía de diseño térmico del chip (TDP) aumenta, la disipación de calor enfriada por aire gradualmente es insuficiente para su uso.
| 2023E | 2024E | 2025E | 2026E | 2027E | |
| Requerimiento total de enfriamiento KW | 3.9E + 05 | 6.0E + 05 | 9.5E + 0.5 | 1.5E + 06 | 2.4E + 06 |
| Porcentaje de refrigeración líquida por placa fría | 80% | 70% | 60% | 50% | 40% |
| Porcentaje de refrigeración líquida por inmersión | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% |
| Precio de la unidad de refrigeración líquida de placa fría $/KW | 967 | 870 | 783 | 705 | 644 |
| Precio de la unidad de refrigeración líquida por inmersión $/KW | 3455 | 3109 | 2798 | 2519 | 2268 |
| Tamaño del mercado de refrigeración líquida (miles de millones de dólares) | 6 | 9 | 15 | 23 | 37 |
El mercado de disipación de calor evoluciona hacia el nivel de refrigeración líquida + chip
El núcleo del sistema de enfriamiento a nivel de chip es un módulo disipador de calor compuesto por tubos de calor y placas de ecualización de calor.
El principio del módulo de enfriamiento del chip es conducir el calor desde el chip a través de tubos de calor, placas de ecualización de calor y otros materiales conductores térmicos, y luego a lo largo del enlace conductor térmico hasta la ubicación de las aletas de enfriamiento.
Las aletas del disipador de calor están hechas de cobre puro, con estructura multi-plegable y gran área de contacto con el aire, que se conduce al disipador de calor al iniciar el ventilador para una disipación de calor activa.
La velocidad del ventilador se ajusta automáticamente de acuerdo con la cantidad de calor disipado, completando así la conducción de calor para la disipación de calor.
La tecnología actual de refrigeración líquida de placa fría tiene un alto grado de madurez y se encuentra en la corriente principal de las rutas de tecnología de refrigeración líquida, suponiendo que la proporción actual sea del 80%. Estimaciones integrales, entrenamiento de modelos grandes de IA + razonamiento traerán 4 mil millones de yuanes de espacio de mercado de refrigeración líquida. Con el aumento de los parámetros del modelo, el uso de la promoción, los próximos cuatro años traerán al mercado de refrigeración líquida una tasa de crecimiento anual compuesta del 60%.
Según los cálculos, se espera que la escala del módulo de refrigeración del servidor pueda mantener una tasa de crecimiento compuesta de casi el 30% hasta 2026.
Oportunidades de inversión en tecnología de refrigeración líquida en tres líneas principales
① Departamento de fabricantes profesionales de control de temperatura de Huawei Electric – Emerson: el primero en dedicarse al diseño de I + D de aire acondicionado de precisión, con muchos años de conocimiento industrial, investigación y desarrollo de tecnología con previsión y la formación de una plataforma para el diseño de la refrigeración, potenciando aplicaciones multisectoriales;
② Disposición de los fabricantes de servidores de tecnología de refrigeración líquida: la tecnología de refrigeración desde el nivel de la sala hasta el nivel de línea e incluso la extensión del nivel de chip interno del servidor, puede participar en el programa de tecnología de refrigeración líquida de los fabricantes de servidores, se espera que marque el comienzo de la oportunidad de actualizar la potencia aritmética más rápido, fortalecer la competitividad del producto;
③ Proveedores que brindan soluciones completas que incluyen disipación de calor a nivel de chip: el chip sirve como fuente de calor principal del servidor y, a medida que aumenta la potencia del chip, el programa de disipación de calor se actualiza al nivel de chip interno del servidor.
Conclusión:
Detrás de la popularidad del mercado de capitales, se encuentra la tecnología de disipación de calor, que cada vez se convierte más en un obstáculo para mejorar el rendimiento de los chips y otros productos electrónicos, el talón de Aquiles.
Como industria que creció junto con la informática, los fabricantes de módulos de disipación de calor han experimentado muchas revoluciones de información electrónica, pero ahora el estallido de la IA parece realmente hacer que esta industria se dé cuenta del desarrollo.
Debido a esto, la industria necesita estar relacionada con la gestión térmica y la tecnología de disipación de calor para mejorar rápidamente con el fin de cumplir con los requisitos de los chips y otros productos de información electrónica que continúan iterando y actualizándose.
