據(jù)anandtech報(bào)道，高性能計(jì)算 (HPC) 領(lǐng)域越來越明顯的一個(gè)趨勢是，每個(gè)芯片和每個(gè)機(jī)架單元的功耗不會(huì)因空氣冷卻的限制而停止。

　　由于超級(jí)計(jì)算機(jī)和其他高性能系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到，并且在某些情況下超過了這些限制：功率要求和功率密度不斷擴(kuò)大。

　　根據(jù)臺(tái)積電最近一年一度的技術(shù)研討會(huì)的消息，隨著臺(tái)積電為更密集的芯片配置奠定基礎(chǔ)，我們應(yīng)該期待看到這種趨勢繼續(xù)下去。

　　晶體管功耗的縮小速度幾乎沒有晶體管尺寸那么快。由于芯片制造商不會(huì)放棄性能(并且無法為客戶提供半年增長)，因此在 HPC 空間中，每個(gè)晶體管的功率正在迅速增長。

　　隨著工藝節(jié)點(diǎn)不斷提升，芯片制程不斷逼近物理極限，功能越來越強(qiáng)大，在帶來了更高的集成度的同時(shí)，也帶來了更高的功耗。因此，散熱成為越來越多廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。另外，對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，風(fēng)冷在可靠性、能效、噪音等方面都存在問題，因此液冷技術(shù)已經(jīng)以直接芯片(Direct-to-Chip)冷卻的形式廣泛應(yīng)用于全球高速超級(jí)計(jì)算機(jī)中。

　　1、芯片設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體制程確實(shí)走入了瓶頸

　　盡管半導(dǎo)體廠商總是說，摩爾定律從未失效。但無論是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路、功耗數(shù)據(jù)，還是從真實(shí)的能效比測試結(jié)果來看，如今的整個(gè)消費(fèi)電子芯片產(chǎn)業(yè)，實(shí)際上都已經(jīng)走入了一個(gè)“性能大幅提高、但功耗也快速上漲”的怪圈。

　　就拿大家熟悉的PC端CPU來說，前幾年無論Intel還是AMD的旗艦產(chǎn)品，大多都還維持在95W的功耗水平上。然后從9代酷睿開始，Intel率先將CPU的典型功耗放寬到了125W，然后就有了后續(xù)10代、11代酷睿睿頻時(shí)超過200W的功耗表現(xiàn)。更不要說在高端工作站領(lǐng)域，2014年的Xeon 2699V3功耗還僅145W，到了2017年就出現(xiàn)了默認(rèn)功耗300W的E5-2699P V4，而如今最高端的Xeon 9282 56核處理器，設(shè)計(jì)功耗甚至已經(jīng)來到了400W之巨。

　　當(dāng)然，AMD方面其實(shí)也并沒有好太多。初代的銳龍7 1700X同樣只有95W，到了Zen2的3800X上，典型功耗就上漲至105W，解鎖PBO后我們甚至測得過300W+的瞬時(shí)功耗。而在定位更高的銳龍線程撕裂者平臺(tái)上，初代的1950X“只有”180W，到了2990WX就上漲到250W，而目前最新的Ryzen Threadripper PRO 3995WX，則更是已經(jīng)成為了常規(guī)散熱器難以降服的280W“怪物”。

　　想要完全的發(fā)揮出芯片的性能，優(yōu)秀的散熱是必不可少的，那么主流的散熱技術(shù)有哪些呢?

　　2、英偉達(dá)發(fā)布PCIe液冷GPU

　　日前，英偉達(dá)發(fā)布了率先采用直接芯片(Direct-to-Chip)冷卻技術(shù)的數(shù)據(jù)中心 PCIe GPU，為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了自己的力量。

　　Equinix 正在驗(yàn)證 A100 80GB PCIe 液冷 GPU 在其數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，這也是該公司為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性冷卻和熱量捕獲的綜合性方案中的一部分。GPU 現(xiàn)已進(jìn)入試用階段，預(yù)計(jì)將于今年夏季正式發(fā)布。

　　數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正試圖將 PUE 降至接近 1.0 的理想水平。Equinix 設(shè)施目前的平均PUE為 1.48，而其旗下新數(shù)據(jù)中心的 PUE 最低可低于 1.2。

　　在單獨(dú)的測試中，Equinix 和 NVIDIA 均發(fā)現(xiàn)：采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載可與風(fēng)冷設(shè)施持平，同時(shí)消耗的能源減少了約 30%。NVIDIA 估計(jì)，液冷數(shù)據(jù)中心的 PUE 可能達(dá)到 1.15，遠(yuǎn)低于風(fēng)冷的 PUE 1.6。

　　在空間相同的條件下，液冷數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)雙倍的計(jì)算量。這是由于 A100 GPU 僅使用一個(gè) PCIe 插槽，而風(fēng)冷 A100 GPU 需使用兩個(gè) PCIe 插槽。

　　數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商旨在淘汰用于冷卻數(shù)據(jù)中心內(nèi)部氣體的冷水機(jī)組，因其每年會(huì)蒸發(fā)數(shù)百萬加侖的水量。而借助液冷技術(shù)，系統(tǒng)僅需對(duì)封閉系統(tǒng)中的少量液體進(jìn)行循環(huán)利用，并能夠著重于主要的發(fā)熱點(diǎn)。

　　至少有十幾家系統(tǒng)制造商計(jì)劃于今年晚些時(shí)候在其產(chǎn)品中使用液冷 GPU，包括華碩(ASUS)、永擎電子(ASRock Rack)、富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Foxconn Industrial Internet)、技嘉科技(GIGABYTE)、新華三(H3C)、浪潮(Inspur)、英業(yè)達(dá)(Inventec)、寧暢(Nettrix)、云達(dá)科技(QCT)、 超微(Supermicro)、 緯穎科技(Wiwynn)和超聚變(xFusion)。

　　液冷技術(shù)的使用范圍并不局限于數(shù)據(jù)中心，汽車和其他系統(tǒng)也需要利用該項(xiàng)技術(shù)來冷卻封閉空間內(nèi)的高性能系統(tǒng)。

　　3、英特爾投資液冷技術(shù)

　　英特爾公布兩項(xiàng)全新投資計(jì)劃，以持續(xù)推動(dòng)打造可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心技術(shù)解決方案。首先，英特爾宣布將投資逾7億美元，建設(shè)一個(gè)占地面積約20萬平方英尺的領(lǐng)先大型研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，旨在聚焦創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心技術(shù)，并解決加熱、冷卻和用水等領(lǐng)域的問題。此外，英特爾還推出了業(yè)界首個(gè)開放知識(shí)產(chǎn)權(quán)的浸沒式液冷解決方案和參考設(shè)計(jì)。截至目前，英特爾已在中國臺(tái)灣啟動(dòng)了初始設(shè)計(jì)概念驗(yàn)證，計(jì)劃助力簡化并加速浸沒式液冷解決方案在全球生態(tài)系統(tǒng)中的落地實(shí)施。

　　新的大型實(shí)驗(yàn)室將關(guān)注浸沒式冷卻、用水效率以及熱量回收和再利用等應(yīng)用領(lǐng)域。該實(shí)驗(yàn)室將于今年在俄勒岡州希爾斯伯勒的Jones Farm園區(qū)開始建設(shè)，并預(yù)計(jì)于2023年底投入使用。值得注意的是，該實(shí)驗(yàn)室不僅將驗(yàn)證、測試和支持運(yùn)行英特爾數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品組合，如英特爾?至強(qiáng)?、英特爾?傲騰?、網(wǎng)絡(luò)接口和交換機(jī)設(shè)備、英特爾? Agilex? FPGA、Xe架構(gòu)GPU、Habana加速器及正在開發(fā)中的全新產(chǎn)品;其亦將展示先進(jìn)技術(shù)，讓客戶和合作伙伴能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的多樣化數(shù)據(jù)中心環(huán)境中觀察和測試英特爾產(chǎn)品，推動(dòng)和加速領(lǐng)先技術(shù)在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　與此同時(shí)，英特爾發(fā)布業(yè)內(nèi)首個(gè)開放知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)中心浸沒式液冷解決方案和參考設(shè)計(jì)，這是一種開放、易于部署且易于擴(kuò)展的整體冷卻解決方案。它將有助于幫助合作伙伴加速部署和使用英特爾解決方案，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心功率和密度不斷提升的趨勢，從而提高運(yùn)營效率。臺(tái)灣英特爾公司與本地生態(tài)系統(tǒng)攜手合作，分階段完成初始的解決方案和設(shè)計(jì)概念驗(yàn)證，并計(jì)劃擴(kuò)展至全球各地。未來，英特爾將持續(xù)攜手合作伙伴共同開發(fā)和驗(yàn)證相關(guān)解決方案。

　　數(shù)據(jù)中心用電量約占全球電力需求總量的1%，全球碳排放總量的0.3%。英特爾旨在通過投資標(biāo)準(zhǔn)化冷卻技術(shù)和研發(fā)加速創(chuàng)新，這也進(jìn)一步展示了英特爾對(duì)可持續(xù)的技術(shù)解決方案的堅(jiān)定承諾。研究表明，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比，支持能源回收和再利用的浸沒式冷卻可將碳排放量減少45%。

　　來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 ，Mo丶Ge，電子工程世界，三易生活