De toenemende power density van datacenter-racks, veroorzaakt door technologieën zoals cloud computing en generatieve AI, heeft geleid tot de verkenning van vloeistofkoeling als oplossing voor thermisch beheer. Zelfs met afscherming hebben traditionele luchtkoelingsmethoden moeite om te voldoen aan de koelbehoeften van dicht op elkaar gepakte servers. Interessant genoeg voorspelt IDTechEx dat met name cold plate daarbij wel eens de belangrijkste vorm van vloeistoifkoeling zou kunnen worden.
Er zijn drie belangrijke benaderingen voor het integreren van vloeistofkoeling in datacenters, stelt analist Yulin Wang van IDTechEx:
1. Datacenters met uitsluitend voor vloeistofkoeling. Dit houdt in dat er kleinere en efficiëntere datacenters worden gecreëerd met veel verwerkingscapaciteit met behulp van immersion-koeling. Vanwege de hoge kosten gelooft IDTechEx echter dat immersion cooling weliswaar zal groeien, maar op korte termijn waarschijnlijk op kleinere schaal zal worden geïmplementeerd. Denk dan vooral aan pilotprojecten door grote bedrijven.
2. Datacenters met zowel luchtkoeling als een vloeistofkoelinginfrastructuur. Dit maakt een toekomstige overgang naar vloeistofkoeling mogelijk, terwijl aanvankelijk (voornamelijk) luchtkoeling wordt gebruikt. Het vandaag dag 1 ontwerpen van datacenters met redundante functies (bijvoorbeeld spruitstukken, leidingen, en dergelijke) heeft echter niet altijd de voorkeur van eindgebruikers met beperkte budgetten, aldus Wang.
3. Integratie van vloeistofkoeling in bestaande luchtgekoelde faciliteiten. Dit is de meest voorkomende benadering. Wang verwacht dat dit ook de voorkeursoplossing zal zijn in de nabije tot middellange toekomst. Het houdt in dat een deel van de capaciteit van luchtsystemen wordt overgezet naar vloeistofkoelsystemen.
Er zijn verschillende redenen waarom deze derde optie relatief populariteit is, meent de analist:
- Kostenefficiëntie: Het gebruik van bestaande infrastructuur vermindert complexiteit en initiële kosten in vergelijking met de andere twee opties.
- Beperkte vraag naar volledige integratie van vloeistofkoeling: Ondanks toenemende densities gelooft IDTechEx dat de overgang naar volledige vloeistofkoeling geleidelijk zal verlopen, te beginnen met een klein aantal racks in het datacenter, een aantal dat zich geleidelijk uit zal breiden naar alle racks.
- Evaluatie van prestaties: Directe koeling van chips staat nog in de kinderschoenen vergeleken met luchtkoeling. Daarom geven veel leveranciers van datacenterservers en eindgebruikers de voorkeur aan een evaluatie van de prestaties op kleine schaal voordat er grootschalig wordt ingezet.
Door de behoefte om bestaande luchtgekoelde datacenters aan te passen, is cold plate-koeling, ook wel bekend als directe-chipkoeling, momenteel de dominante vloeistofkoelingsoplossing in de datacenterindustrie, aldus Wang. Traditioneel worden cold plates direct op warmtebronnen gemonteerd (bijvoorbeeld chipsets, CPU’s, en dergelijke) met een laag thermiscinterfacemateriaal (TIM) ertussen om de warmteoverdracht te verbeteren. Binnen de cold plate stroomt de vloeistof door een microstructuur en vanwaaruit naar een warmtewisselaar. De diagram geeft typische ontwerpen van cold plates weer voor toepassingen in datacenters.
Thermische interfacematerialen kunnen worden gevonden in verschillende onderdelen van datacenters, waaronder chipsets, processors en voedingen. IDTechEx gelooft dat de toenemende adoptie van cold plates ook de marktvraag naar TIMs in datacenters zal vergroten, met name bij cold Plate-toepassingen voor processoren en chipsets. Het rapport “Thermal Interface Materials: Technologies, Markets, and Forecasts 2023–2033” van IDTechEx biedt een overzicht van TIMs voor diverse industrieën waaronder datacenters.
De innovatieve aanpak van Intel in hun nieuwe ontwerp ten aanzien van cold plates omvat het rechtstreeks integreren van cold plates in de behuizing, waarbij het gebruik van TIM2 (Thermal Interface Material 2) wordt geëlimineerd. Deze integratie biedt voordelen op het gebied van thermisch beheer. Het introduceert echter ook een grotere ontwerpcomplexiteit vanwege het micro-level inbedden van de cold plates in de behuizing.
Cold plate cooling voor datacenters biedt een flexibele en inzetbare oplossing voor vloeistofkoeling, concludeert Wang. Het onderscheidende kenmerk ligt in de interne microstructuur van deze koelingsvorm. In tegenstelling tot immersion cooling stelt het gebruik van cold plates datacenters en serverleveranciers in staat om gedeeltelijk vloeistofkoeling in hun faciliteiten te integreren tegen relatief lage initiële kosten, met de mogelijkheid om geleidelijk over te gaan naar een volledig vloeistofgekoeld datacenter, meent de analist. Hij voorspelt een langzame start van de adoptie van cold plates, gevolgd door een snelle toename naarmate meer eindgebruikers de technologie omarmen. De jaarlijkse omzet voor cold plate cooling zal naar zijn mening groeien met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 16%.
