為數據中心的散熱帶來嶄新的革命

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Direct-To-Chip, Waterless, Liquid Cooling for the Mainstream

全球即將邁入AI開發的新世代,資料中心的晶片TDP將來到1000W以上,傳統的空冷(Air-Cooling)水冷(Water-DLC)將無法滿足未來的散熱需求,而浸沒式冷卻(Immersion Cooling)則具有材料及維護的巨大成本問題。 Zutacore為一款嶄新的兩相式沸騰液冷解決方案,能夠直接將晶片上的熱帶走,系統中不使用水,不會對數據中心帶來任何風險,未來將對資料中心的散熱帶來革命性的改變。

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Air-cooling為散熱系統的初代生力軍,利用金屬熱傳導係數高的特性,以結合強制對流的手法對熱源進行散熱,並透過增加鰭片的接觸面積,從而提高冷卻效率。

Water-DLC為近年來數據中心多採用的方案,相較於空氣,水的比熱容以及熱傳系數都較高,且可以利用冰水主機及泵浦進一步降低Inlet溫度及提高流量,冷卻效率遠超空冷,但其液體會洩漏並腐蝕電路板的隱憂尚未解決。

Immersion Cooling是這幾年的新技術,透過不導電的液體直接浸泡在伺服器中,無須冰水主機及大量的風扇即可散熱,PUE低於1.1,省下許多成本的同時也有對環境極佳的永續性,但其液體散發的成本以及初期建置的難度,仍然困擾著一部分的數據中心。

Zutacore Direct-To-Chip 結合了Water-DLC & Immersion Cooling的優勢,並有效解決千瓦以上的熱量,與此同時,安裝簡易,使用不導電之液體,也無損壞伺服器之風險

此圖為歷年來CPU散熱系統的演化,早期的CPU瓦數多數在500W以下,Air-cooling散熱綽綽有餘。
(即使是效能最強的3DVC,在有限空間下也解不掉500W的熱源)

然而隨著NVDIA H100的出現。既有的Air-cooling散熱即便是3DVC也無法應付這麼大的瓦數需求,此時數據中心逐漸轉移至Water-DLC尋求解法,雖然Water-DLC的解熱能力遠超Air-cooling,然而也存在著液體洩漏將會侵蝕主板、電子元件的巨大隱憂。
(Water-DLC仍然是高階散熱必需品,然而其風險依然存在,且需要大量的低溫液體,增加空調支出)

近年來,多家廠商爭相開發Immersion Cooling,能有效降低PUE同時提供巨大的解熱瓦數,但是建置Immersion Cooling所需要的前置作業龐大,也很難從現有的Data Center導入,液體散失的成本也居高不下,Zutacore有效結合了Water-DLC & Immersion Cooling的優勢並排除兩者之劣勢,隨著未來晶片越來越高的發熱量,即將成為未來高階散熱系統的優先選擇。
(Zutacore易於安裝、不導電、空間小、PUE低、解熱瓦數高、操作直觀、維護簡易且面面俱到)

DIRECT-TO-CHIP, WATERLESS DIELECTRIC LIQUID COOLING
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Zutacore為兩相式池沸騰的無水DLC 散熱技術,在Hypercool Cold Plate上具有一個Liquid Inlet及Vapor Outlet,進入的介電液經過Cold Plate內部的兩相式沸騰散熱後通過Outlet排出蒸氣並回到 HRU冷卻後成為一個穩定的Open-Loop, 由於SF33 Coolant的特性,無須資料中心的空調,並可以在比室溫更高的操作環境下散熱。

Zutacore Diagram
 
Cooling Efficienty

Zutacore採用了兩相式沸騰散熱,相較於Water DLC & Immersion, 其能為高達1500W的晶片散熱。透過潛熱帶走熱量,Zutacore不僅效率更高,潛力更大 

Low PUE

採用Zutacore的散熱系統,將顯著降低傳統資料中心對冰水主機以及系統內大量風扇的依賴,相較於傳統資料中心,TCO明顯下降一個級距 

 

System Risk of Meltdown

管內採用不導電、不腐蝕、無毒且環保的介電液,維護相當簡易,與Immersion相比,無須耗費時間等待液體瀝乾 

Operation & Maintenance level

操作簡單,全方位的智能系統,流量極低,相較於Water DLC管道 無洩漏及爆管風險,易於拆裝及操作 

Anti-Noise

相較於Air-cooling帶來的風扇噪音及震動,Zutacore無需多餘的風扇冷卻晶片,伺服器的壽命將顯著提升

 

直接接觸、自調節、基於池沸騰(Pool-booling)的蒸發器(evaporator),可以同時冷卻所有晶片(CPU、GPU),同時結構緊湊、易於安裝,能夠冷卻1500W及以上的晶片。目前透過晶片製造商Intel & AMD的認證,並佈署在Dell、SuperMicro、ASUS、Pegatron 等主要伺服器製造商。Hypercool Dielectric Cold Plate上各有一個蒸氣出口(Vapor Outlet)和流體入口(Liquid Inlet),分別導入液體並在Cold Plate腔體內進行池沸騰冷卻後透過蒸氣出口完成循環,此階段由排熱單元(Heat Rejection Unit)作動。

適用於標準和定制機架的獨立歧管(Maniford)。安裝後,它將液體冷媒(Liquid SF33)分配到機架中的所有伺服器中,在將沸騰產生的蒸汽冷媒(Vapor SF33)引導到排熱單元(Heat Rejection Unit)。

1.

RDU-SP – 35 kW Manifold with 700 W QDCs

RDU-HP – 70 kW Manifold with 1,800 W QDCs

2. Max working pressure: 4 bar

3. Safty: Non-conductive, non-corrosive, non-flammable, non-toxic

Hypercool具有可擴充性(Scalabe),可部署在新建或改造的資料中心,支援100KW及以上的運算能力,並具有獨立的感測器、泵浦、控制器以及多重洩漏偵測和預防。

它為伺服器 CPU 和 HyperCool 散熱單元提供監視和控制。它還提供伺服器效能數據和分析 - 溫度、負載、利用率、時脈速度、風扇速度和功耗。

HRU 將Coolant(SF33)傳輸到伺服器,並確保進入的蒸汽被有效冷凝(Condensed)並與其所含的熱量一起重新利用,使資料中心能夠在任何氣候下實現最低的 PUE 和最高的效率。

 

在此介面上,使用者可以監控整個Zutacore循環中的管內壓力、蒸氣溫度、環境溫度、風扇及泵浦使用率,以及其他相關的系統參數

在此介面上,使用者可以監控各個Rack中的詳細資訊,系統總消耗瓦數以及晶片計算瓦數,並在下方顯示HRU System的相關參數,且可以在右側顯示各個Rack中每一台Server的詳細資訊

在此介面上,使用者可以監控Server晶片的溫度、頻率、使用率、瓦數等詳細資料

Zutacore Diagram