Avec la demande croissante d’intelligence artificielle (IA) et l’amélioration de la densité électrique, les centres de données sont confrontés à des défis de gestion thermique sans précédent. Une surveillance précise de la température en temps réel est nécessaire pour optimiser les performances et l'efficacité tout en évitant la surchauffe. Ces solutions de détection doivent être précises, réactives, robustes et capables de faire face aux charges thermiques changeantes sur les appareils à haute sensibilité.
Cet article explorera les défis de gestion thermique auxquels sont confrontés les concepteurs de centres de données IA modernes et fournira une analyse détaillée de divers systèmes de refroidissement, notamment la climatisation, le refroidissement par immersion et les solutions de gestion thermique. Ensuite, présentez les solutions de thermistance à coefficient de température négatif (NTC) d'EPCOS (TDK) et expliquez comment utiliser ces solutions pour relever les défis de gestion thermique.
Pourquoi les centres de données IA apporteront-ils de nouveaux défis en matière de gestion thermique ?
Le matériel d'IA tel que les unités de traitement graphique (GPU) et les unités de traitement tensoriel (TPU) consomme généralement beaucoup plus d'énergie que les unités centrales de traitement (CPU) traditionnelles. Par conséquent, les centres de données axés sur l’IA ont souvent une densité de puissance relativement élevée et des points chauds concentrés, ce qui rend leur gestion difficile à l’aide des méthodes de refroidissement traditionnelles.
Pire encore, les charges de travail de l’IA varient souvent considérablement, et lors d’opérations de formation de renforcement ou d’inférence, les charges thermiques peuvent rapidement augmenter. Si une gestion thermique appropriée n'est pas effectuée, ces situations peuvent entraîner une dégradation des performances, des temps d'arrêt imprévus et une dégradation de l'accélération matérielle.
Pour répondre à ces demandes émergentes, des méthodes de refroidissement plus avancées doivent être adoptées pour les centres de données. Le refroidissement direct des puces est une méthode de refroidissement courante. Cette technologie aligne les tuyaux de refroidissement, les plaques froides ou les échangeurs de chaleur directement avec les appareils haute puissance tels que les processeurs, les GPU et la mémoire. De plus, une méthode de refroidissement par immersion peut également être choisie, qui consiste à immerger l'ensemble du serveur dans un liquide non conducteur.
La climatisation fait également l'objet de diverses améliorations. Par exemple, les unités de refroidissement inter-rangées et les unités de refroidissement intégrées dans les armoires peuvent fournir un refroidissement de zone sur la base du système global de climatisation de la salle informatique, c'est-à-dire répondre en temps réel aux problèmes de surchauffe locaux.
Bien que les conditions spécifiques de ces systèmes de refroidissement varient, elles entraînent toutes la demande de surveillance de la température avec une distribution plus large et une réponse plus rapide. Cet article prend comme exemple le système de refroidissement des puces à connexion directe. Chaque puce cible doit être équipée d'un capteur de dissipateur thermique pour garantir le maintien des normes de température. Il est nécessaire de surveiller l'afflux de liquide de refroidissement via des capteurs montés sur la canalisation, et d'autres capteurs doivent être installés sur le dispositif de distribution du liquide de refroidissement et sur l'échangeur de chaleur pour garantir un fonctionnement efficace du système.
Les avantages des capteurs à thermistance NTC dans les applications de centres de données
Les thermistances NTC peuvent répondre à toutes ces exigences. Comme son nom l'indique, la résistance des capteurs NTC diminue avec l'augmentation de la température. Quant aux thermistances NTC, ceci est réalisé grâce à un petit élément en céramique d'oxyde thermosensible enfermé dans un boîtier de protection en métal ou en résine époxy.
La figure 1 montre la courbe de résistance à la température typique d'une thermistance avec une résistance nominale de 2 à 5 k Ω à 25 ° C. Comme le montre la figure, plus la résistance est grande, plus la thermistance est adaptée aux applications à haute température car la variation de résistance est plus facile à mesurer.
Graphique typique de la courbe de résistance à la température
Figure 1 : Courbe de résistance à la température typique d'une thermistance avec une valeur nominale de 2 k Ω à 5 k Ω à 25 °C. (Source de l'image : EPCOS (TDK))
Les avantages que les thermistances NTC apportent aux centres de données IA incluent
Haute précision et réponse rapide : extrêmement sensible aux légers changements de température, et en raison de la petite masse thermique, la vitesse de réponse est rapide. Ces fonctionnalités permettent aux thermistances NTC de répondre efficacement aux demandes thermiques fluctuantes rapides des centres de données IA.
Durabilité et stabilité : fabriqué à partir de matériaux robustes, il présente une excellente fiabilité à long terme et une dérive de résistance minimale dans le temps. Cette stabilité minimise les besoins de maintenance et réduit autant que possible le risque de temps d’arrêt imprévu.
Taille compacte et installation flexible : Grâce à sa petite taille, il peut être facilement intégré dans des environnements de centres de données gourmands en appareils et avec un espace limité. Présentant différentes formes, il peut répondre aux divers besoins des systèmes de refroidissement des centres de données d’intelligence artificielle.
La série de thermistances EPCOS NTC incarne pleinement ces avantages. Cette série de produits comprend des solutions pour la surveillance des radiateurs et des canalisations, des systèmes de refroidissement immergés et des unités de traitement d'air.
Surveillance des composants haute puissance à l'aide de thermistances NTC installées sur les dissipateurs thermiques
Les processeurs haute puissance tels que les GPU et les TPU nécessitent une surveillance thermique rigoureuse pour maintenir les performances et éviter la surchauffe. Le B57703M0103G040 (Figure 2) est utilisé pour une installation directe sur le dissipateur thermique, ce qui le rend très approprié pour cette tâche. Ce capteur fixé à vis encapsule une thermistance NTC dans un boîtier d'étiquette métallique avec des oreilles annulaires saillantes.
Thermistance de borne de boucle EPCOS B57703M0103G040
Figure 2 : La thermistance à jonction en anneau B57703M0103G040 peut réaliser une surveillance précise de la température des dissipateurs thermiques des processeurs haute puissance. (Source de l'image : EPCOS (TDK))
La conception des capteurs fixés à vis est à la fois pratique et importante, garantissant un bon couplage thermique avec la surface du dissipateur thermique et une pression de contact constante, réduisant ainsi la résistance thermique et améliorant la précision des mesures lorsque la charge change rapidement.
Le capteur a passé avec succès un test de stabilité à long terme de 10 000 heures à une température de +70 °C et peut être utilisé dans des conditions de température élevée que l'on retrouve couramment dans les charges de travail des centres de données IA. La résistance nominale du capteur à +25 ° C est de 10 k Ω, fournissant une base fiable pour mesurer des températures de fonctionnement plus élevées et un retour précis pour le système de contrôle de la température.
Surveillance des canalisations de refroidissement liquide à l'aide de thermistances NTC
Les systèmes de refroidissement liquide reposent sur un approvisionnement continu en liquide de refroidissement à une température appropriée. B58100A0506A000 (Figure 3) est une thermistance NTC de 10 kΩ qui peut être rapidement installée sur les pipelines et constitue un choix idéal pour surveiller les conduites d'alimentation en liquide de refroidissement. Cette pièce moulée peut être directement serrée sur des canalisations d'un diamètre de 18 mm à 19 mm, ou s'adapter à d'autres tailles de canalisations selon différentes situations d'installation. Les contacts convexes intégrés peuvent être directement connectés à l'équipement de surveillance.