液冷伺服器機櫃如何為AI技術帶來散熱新革命？
人工智能 (AI) 技術的創新應用正帶給各個領域顛覆性的變革，並為運作模式和發展前景開創了新的可能性。在迅速發展的AI浪潮背後所需的強大運算能力，對伺服器的散熱需求也提出了新的挑戰。
隨著AI技術的運用需求大增，資料中心必須處理以更快的速度處理更多數據，因此驅使散熱架構的轉型。傳統的風冷系統（如風扇或冷凍空調散熱）已經無法應對高密度計算所產生的巨大熱量，液冷伺服器機櫃在近年應運而生，成為解決這個問題的創新利器。
當伺服器在進行深度學習和數據分析時，極大量的數據資料和複雜的運算過程會產生龐大的熱量。液冷系統能夠迅速而有效地帶走這些熱量，確保伺服器能維持穩定運行。液冷伺服器機櫃的出現，為AI技術的發展提供強而有力的支持；隨著今年AI話題火熱，特別是「浸沒式冷卻」(immersion cooling)，以其出色的散熱效能吸引了廣泛的關注，也代表著液冷伺服器機櫃正帶領我們迎接液冷元年。
AI運算需求增加所面臨的伺服器冷卻挑戰
伺服器散熱之於設備穩定的重要性
當我們使用電腦或手機時，經常會感覺到發熱，那是因為在設備內部的中央處理器 (CPU) 和其他電子零件在工作時會產生熱量。若這些廢熱無法被有效排出，將會影響到電子元件的性能與壽命。特別是AI伺服器，比普通伺服器具有更強的運算能力和更大的儲存空間，相對會產生更多的發熱量。 為了確保AI伺服器能夠持續提供高效能算力，這些大規模的AI資料中心必須使用有效的散熱架構來讓晶片降溫。
傳統氣冷系統的局限性：無法應對高密度計算的熱量
現階段而言，傳統氣冷散熱架構仍是伺服器機櫃中最常見的散熱方式。它使用空氣作為散熱介質，通過風扇將冷空氣吹入散熱鰭片，進行空氣循環，以熱對流原理帶走伺服器產生的熱量。然而，傳統氣冷散熱架構的散熱效果受到一些限制。
- 散熱能力有限：空氣是一種導熱性較差的介質，只能吸收有限的熱量，一旦達到飽和狀態，其散熱效能就會受到限制。尤其是在高密度伺服器機櫃中，即在有限空間內放置大量伺服器的情況下，更可能發生過熱問題。
- 噪音大：因為風扇需要高速度運行才能循環足夠的空氣來降溫伺服器，這會產生機械噪音，可能造成干擾。
- 效率低：若要足夠的氣體來冷卻大量的熱量，所需空間體積大，整體來看傳統氣冷散熱架構的效率較低下。
隨著伺服器運算需求持續提升，許多高規格伺服器已經接近或超過氣冷系統所能提供的散熱極限。我們必須使用液冷技術，來克服傳統氣冷散熱架構面臨效率低、能耗增加的挑戰。
液冷技術的優勢：高效能冷卻液與無軸封磁力泵的應用
相較於傳統的氣冷系統，液冷技術能夠有效提升散熱效率，這是因為液體的導熱性能優於氣體，能夠更迅速地從伺服器中吸收並帶走熱量，確保設備不會因過熱而故障。
以往許多資料中心採用氣冷，現在改用液冷技術，作為當前AI晶片散熱的最佳解決方案。液冷系統通常採用氟化液作為冷卻介質，而無軸封磁力泵則在伺服器機櫃內負責冷卻液的循環輸送。
氣冷散熱 vs. 液冷散熱
| 特性 | 傳統氣冷散熱架構 | 液冷散熱架構 |
| 散熱介質 | 空氣 | 液體（水、油等） |
| 散熱能力 | 有限 | 高 |
| 噪音 | 嘈雜 | 安靜 |
| 效率 | 低下 | 高 |
| 成本 | 低廉 | 較高 |
| 複雜性 | 易於安裝 | 安裝較複雜 |
浸沒式冷卻的工作原理與優勢
浸沒式冷卻技術是近年來在資料中心和高性能運算領域中備受關注的創新解決方案，以下介紹浸沒式冷卻技術的運作原理和應用優勢。
浸沒式冷卻的基本概念和運作方式
1. 基本概念：
- 浸沒式冷卻 (immersion cooling) 是液冷技術的一種。將伺服器或電子設備直接浸泡在不導電的冷卻液中，以直接吸收晶片產生的熱量，帶走多餘的廢熱，進而優化伺服器效能。
- 這種方式可以大幅提升能源效率，因為不需要風扇、散熱鰭片或導熱管等冷卻零件。
2. 單相浸沒式冷卻運作方式 (Single-phase immersion cooling)：
將伺服器完全浸泡在冷卻槽中，依靠冷卻液的流動來傳導晶片的熱能，快速為晶片散熱；吸收熱能後溫度升高的冷卻液，再經由熱交換器輸送到外部冷卻塔，再把降溫後的冷卻液通過泵浦運送回至伺服器冷卻槽，持續循環運作。
3. 兩相浸沒式冷卻運作方式 (Two-phase immersion cooling)：
將須散熱的高溫電子元件浸泡在冷卻槽中，晶片的熱能會傳導給冷卻液，冷卻液吸收熱量後相變為蒸氣，蒸氣上升並接觸到冷凝器後凝結成液態，滴回冷卻槽中，持續循環散熱。這樣的設計能夠更加有效地降低伺服器溫度、提升散熱效率。不僅靠冷卻液流動，同時利用冷卻液的氣化來帶走更多廢熱。
無軸封磁力泵浦應用於浸沒式冷卻技術
在浸沒式冷卻技術中，無軸封磁力泵浦的應用至關重要。為了保持系統的高效穩定運行，冷卻液循環泵的性能必須達到高標準。無軸封磁力泵利用磁力驅動，無需傳統的機械軸封，消除了液體洩漏風險，提升了系統的可靠性和安全性。
了解無軸封磁力泵浦在浸沒式冷卻系統中的高效應用：
1. 冷卻液循環：在單相浸沒式冷卻及兩相浸沒式冷卻系統中，都會使用到泵浦來輸送冷卻液。
- 單相浸沒式冷卻系統中，外部冷卻塔需將降溫後的冷卻液送回伺服器冷卻槽，這個過程需要使用可靠的無軸封磁力泵浦來進行輸送，以確保系統的循環運行。
- 兩相浸沒式冷卻系統中，蒸汽冷凝成液體後，部分液體會直接滴回冷卻槽，而其餘部分則由泵浦驅動冷卻液在整個系統中持續循環流動，確保熱量得到有效散發，以保持冷卻液的均勻分布，防止局部過熱。
2. 增強系統穩定性：由於無軸封磁力泵沒有機械軸封，降低停機時間與維護成本，進而提升整個冷卻系統的穩定性和運行效率。
PTCXPUMP無軸封磁力泵浦提供多樣規格、揚程及流量，以滿足不同資料中心獨特的液冷需求
技術革新與市場趨勢：浸沒式冷卻在AI發展中的應用潛力
浸沒式冷卻作為一種創新的液冷技術，因其高效的散熱能力和可靠性，可廣泛應用於多項產業，展現出巨大的市場發展潛力。
浸沒式冷卻適用於哪些產業？
- 大數據 (Big Data)
在大數據處理環境，伺服器需要處理龐大的資料，過程中將產生大量的熱量。浸沒式冷卻技術能夠有效地吸收並散發這些熱量，確保系統能順利進行分析處理。 - 人工智慧 (AI)
人工智慧的運作和訓練需要強大的運算能力，因此必須使用高效的冷卻系統來帶走伺服器產生的熱量。浸沒式冷卻技術能夠實現「綠色運算」，在降低能源消耗的同時提升散熱效率，幫助企業節省營運成本，並讓AI伺服器在高密度計算時保持穩定。 - 邊緣運算 (Edge Computing)
邊緣運算講求迅速即時的回應，為了避免資料傳輸有延遲，邊緣運算和雲端運算對數據處理的即時性和穩定性要求相當高。運算中心必須採用合適的冷卻設備，而浸沒式冷卻技術能夠在有限的空間將熱量快速帶走，防止熱量累積，從而提高運算效率並降低延遲。 - 區塊鏈及加密貨幣 (Blockchain & Cryptocurrency)
區塊鏈技術和加密貨幣挖礦需要大量的計算資源，電腦設備使用浸沒式冷卻技術能滿足挖礦程式高效能運算及低延遲的需求。
液冷技術的未來展望
液冷技術的快速發展不僅推動了AI應用的進步，同時也在全球數據中心的節能減碳方面扮演了重要角色。浸沒式冷卻系統以其高效能的冷卻能力和優越的能源效率，正逐步成為資料中心的新寵兒。
未來的發展方向包括進一步提升冷卻系統的效能和可靠性、如何降低建置成本，促進液冷技術在更多新興領域的應用。另外，結合空氣和液體冷卻的混合冷卻方法目前也已受到關注，兼具兩種系統的優勢，可優化冷卻效率，並且滿足不同環境的特殊要求。
浸沒式冷卻系統，選用PTCXPUMP無軸封磁力泵
在浸沒式冷卻系統中，無軸封磁力泵的主要功能是將冷卻液不斷循環，維持整個系統的穩定運行。
- 安全可靠
無軸封磁力泵的設計預防了液體洩漏的風險，磁力驅動的設計提高了系統的運行安全性和可靠性，特別是在長時間運行和高密度設置的環境中，能有效降低維護成本。
- 高效能的熱量管理
磁力泵能夠提供穩定且持續的冷卻液循環，有效帶走伺服器和其他電子設備產生的熱量。這樣的冷卻效果不僅確保了系統內部溫度的穩定性，還能夠避免熱能在機櫃內部積聚，保證設備的運行效率和壽命。
- 節能環保
無軸封磁力泵的功耗較低，運轉時噪音小，改善工作環境的舒適度。同時有助於節能減碳，提升數據中心的環境友好性，符合永續發展需求。
- 經濟效益
通過使用無軸封磁力泵，企業不僅能夠降低冷卻系統的能源成本，還能減少因機械故障和維護造成的停機時間和成本。這使得磁力泵成為當前高效能計算需求的理想選擇。
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