과열된 데이터 센터를 위한 냉각 솔루션
Coherent가 AI를 주력 활용하는 데이터 센터의 가장 까다로운 과열 과제를 냉각판 냉각으로 해결하는 방법을 알아보십시오.
2023년 1월 10일, 작성: Coherent
AI가 화두입니다. 사람들의 입에 오르내리는 가장 뜨거운 주제일 뿐만 아니라 데이터 센터도 뜨겁게 달구고 있습니다. 다행히 Coherent는 작업부하가 높은 데이터 센터가 효율적으로 운용되도록 하는 각종 혁신적인 열 관리 솔루션을 제공합니다.
클라우드 컴퓨팅, 게임 그래픽 수요, 암호화폐 채굴 또는 에지 컴퓨팅과 같은 다른 응용 분야 또한 데이터 센터 내부의 작업부하 수요와 온도를 급속하고 급격하게 증가시키고 있습니다. 마찬가지로 트랜지스터의 밀도가 높아지면서 반도체가 작아져, 좁은 면적에서 열이 매우 빠르게 발생합니다.
전반적으로 서버는 역대 경험한 적이 없었던 처리 부담을 안고 있으며, 이처럼 이례적인 에너지 수요로 인해 데이터 센터의 과열 위험이 빠르게 증가합니다. 실제로 서버당 열 설계 전력(TDP)은 지난 17년간 4배나 증가해 올해는 750W를 넘을 것으로 예상됩니다. 이렇게 비용이 많이 소요되는 누적 작업부하 수요는 글로벌 데이터 센터의 에너지 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 성능과 안정성 모두에 부정적인 영향을 미칩니다. 과도한 열로 인한 열 손상 문제는 수명 주기 단축이나 중요한 서버 구성 요소의 오작동으로 이어질 수 있으며, 데이터 센터 안전 문제는 물론이거니와 데이터 센터를 원활하게 운영하는 데 드는 비용도 증가할 수 있습니다.
더욱 까다로운 조건의 최신 데이터 센터
GPU 컴퓨팅은 CPU 컴퓨팅에 비해 잠재적으로 수천 개의 추가 처리 코어가 있기 때문에 대규모 AI 모델 훈련의 핵심입니다. 오늘날의 데이터 센터에는 과거에 필요했던 기존 CPU 처리보다 더 많은 전력이 필요하기 때문에 이러한 가속화를 지원하기 위해 많은 온프레미스 데이터 센터에서 고밀도 랙 솔루션으로 전환하고 있는데, 이 경우 더 많은 전력이 필요하며 흔히 처리하기 불가능한 수준으로 열이 방출됩니다.
효율적인 "AI 냉각"을 달성하거나 데이터 센터의 기타 고에너지 효율 문제를 해결하려면 전략적인 열 관리가 필요합니다. 과도한 열 또는 열 방출을 해소하는 과정이 성능과 구성 요소 수명에 그 어느 때보다 중요합니다.
과열된 데이터 센터의 열 손상 방지
열 손상을 완화하고 비용이 많이 드는 가동 중지를 방지하려면 열 분배에 대한 계획 및 관리가 그 어느 때보다 중요합니다. 고수요 데이터 센터 환경에서 온도를 낮추거나 과도한 열을 분산시키는 방법은 일반적으로 크게 2가지입니다.
1. 침지(또는 공랭): 비용이 많이 들고 복잡하며 환경 측면에서 까다로운 방법
이 매크로 냉각(칩 간접 작용) 방법을 사용하려면 플레이트와 서버 랙 구성 요소를 높은 대류 공기(상위 수준) 또는 전체 액체 침지(하위 수준)를 통해 냉각해야 합니다. 이로 인해 솔루션의 비용이 증가합니다.
2. 냉각판 냉각(칩 직접 작용): 효율적인 열 전달 극대화, 내식성 우수.
Coherent는 GPU와 같은 고에너지 칩에서 직접 열을 추출하기 위해 물리적 냉각판 기술을 사용하는 고열전도성 소재 마이크로 냉각 솔루션을 권장합니다.
냉각판 재료의 장점
기능적으로 보면 냉각판 냉각(칩 직접 작용 또는 간단히 "마이크로 냉각"이라고도 함)은 단어 그대로 작용합니다. 즉, 냉각판을 사용하여 GPU와 같은 고에너지 칩에서 직접 열을 추출합니다.
열을 제거하기 위해 콘덴서를 사용하는 가정용 냉장고와 마찬가지로, 냉각판 냉각은 구성 요소의 열을 냉각수로 전달하여 GPU의 열 활동을 소멸시킵니다. 냉각판 자체가 열 전달 효율을 극대화합니다.
기술자가 적외선 이미지를 사용하여 서버 스택의 열 축적을 보여 줍니다.
그렇다면 냉각판 냉각이 더욱 유용할 수 있는 이유는 무엇일까요? 결론은 더 높은 열전도율입니다. 객관적으로 보자면, 구리와 같은 도체는 열전도율이 약 400미터켈빈당와트인데, 다결정질 CVD 다이아몬드와 같은 재료는 그보다 거의 4배 높은 수치로 훨씬 우수한 성능을 보입니다.
재료 |
열전도율(W/mK) |
구리 |
~400 |
Coherent 세라믹 + 다이아몬드(SiSiC/70% 다이아몬드) |
~670 |
Coherent 다결정질 CVD 다이아몬드 |
~1500 |
산업 전반에 걸친 열 안전망
Coherent는 데이터 센터, 특히 AI의 인기가 높아지면서 과열되는 데이터 센터의 발열 문제를 해결하는 데 열정을 쏟고 있습니다. 또한 반도체에서 EV, 신경과학에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 열 관리 문제를 해결하는 데 관심이 있습니다.
하드웨어 수준에서 열 관리는 도구와 기술을 활용하여 작동 온도 범위 내에서 시스템을 효율적으로 안정화하고 유지해 줍니다. Coherent의 열 관리 재료 및 시스템은 반도체 장비와 같은 마이크로일렉트로닉스를 넘어 재료 가공, 자동차, 항공우주 및 방위산업, 데이터 통신 및 이동 통신, 생명과학과 같은 광범위한 시장 및 응용 분야에 걸쳐 있습니다.
여러 최종 시장에 걸쳐 차별화된 엔지니어링 재료 및 장치에 대한 응용 분야는 무궁무진합니다.
Coherent는 열 관리를 위한 혁신적인 엔지니어링 소재 및 하위 시스템 분야의 세계적인 선두 업체로서 전략적인 맞춤형 재료 솔루션을 제공합니다.
세계를 선도하는 혁신적인 열 관리 응용 분야에는 다음이 포함됩니다.
반응 결합 Si/SiC
Coherent는 열 관리 응용 분야를 포함하여 광범위한 설계 요구 사항과 제품 응용 분야를 충족하는 다양한 반응 결합 Si/SiC 제제를 제공합니다. Coherent가 열 관리 시장에 공급하는 반응 결합 제제 중 일부는 AlN 또는 Si3N4에 상응하는 CTE로 높은 열전도율을 선사합니다. Coherent는 Si/SiC 재료에 다이아몬드를 추가하는 방식으로 열에 민감한 응용 분야에서 초고열전도성을 실현할 수 있습니다.
나아가 반응 결합 Si/SiC 제품은 정밀정형 제작 공정으로 제조할 수 있습니다. 정밀정형 성형, 친환경 가공 및/또는 프리폼 접합을 통해 매우 복잡한 형상이 가능합니다. 형상 기능은 핀 요소 및 내부 미세 냉각 채널을 포함한 광범위한 제품 기능을 지원합니다. 덕분에 Coherent는 몇몇 까다로운 응용 분야 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
금속 매트릭스 합성물
실리콘 카바이드 입자 강화 알루미늄(Al/SiC) MMC는 열 관리 응용 분야에 뚜렷한 이점을 제공합니다. Al과 SiC는 밀도가 낮고 열전도율이 높으므로 두 재료를 결합하면 이 중요한 재료 특성이 유지됩니다. 동시에 CTE는 합성물의 SiC(3ppm/K CTE) 대 Al(23ppm/K CTE) 비율을 기준으로 맞춤화할 수 있습니다.
MMC 제품은 정밀정형 공정으로 제조할 수 있습니다. 다이렉트 스레딩을 포함하여 완전히 가공 가능합니다. 이러한 재료는 표준 도금 공정에도 적합합니다. 기계적 및 열적 안정성이 기존 금속에 비해 크게 향상되었습니다. 동시에 세라믹보다 파손에 강합니다. 또한 Coherent는 MMC 제품에 대해 특허받은 제조 공정을 보유하고 있어 고객의 특정 응용 분야 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
CVD 다이아몬드
다이아몬드는 모든 재료 중 가장 우수한 열전도율을 자랑하며, 열 전달에 가장 일반적으로 사용되는 금속인 구리보다 열전도율이 최소 4배 더 높습니다. CVD(화학 기상 증착) 다이아몬드는 열을 효율적으로 분산시키고 고전력 집적 회로와 같은 전자공학 장치의 과열을 방지하여 장치 수명을 연장하고, 장치 설치 공간을 줄이며, 효율과 성능을 향상시킬 수 있습니다.
CVD 다이아몬드는 열팽창계수가 낮기 때문에 가열하거나 냉각해도 크게 팽창하거나 수축하지 않습니다. 폭넓은 광 전송 범위(UV~ 원적외선)를 지원하고 열평창계수가 낮으며 열 충격 저항성이 높아 데이터 통신, 이동 통신, 반도체 제조 및 생명과학 계측 등의 응용 분야에 적합합니다.
단결정 SiC: 높은 전도성, 광범위한 응용 분야
SiC 기반 전자공학 장치가 지닌 주요 장점으로는 스위칭 손실 감소, 전력 밀도 향상, 열 방출 향상, 대역폭 성능 증가 등이 있습니다. 그리고 열전도율만 보면 단결정 SiC의 열전도율은 약 490W/mK로 실리콘(150W/mK)보다 3배 이상 높습니다. SiC는 실리콘보다 열을 더 효율적으로 방출할 수 있기 때문에 전반적인 냉각 필요성을 낮춰 주고 시간이 지남에 따라 장치의 신뢰성과 성능을 향상시킵니다.
화학적 안정성이 우수하고 포화 전자 표류 속도 및 열전도율이 높은 단결정 SiC는 광전자 공학, 마이크로파 소자, 데이터 통신, 이동 통신, 반도체 제조, 전기 자동차(EV), 생명과학 계측을 비롯해 광범위한 응용 분야에 제격인 재료입니다.
Coherent를 선택해야 하는 이유: 성능, 신뢰성, 협력
Coherent는 입증된 높은 성능과 안정성으로 다양한 플랫폼 전반에 걸쳐 솔루션을 제공할 수 있습니다. 고객은 데이터 센터의 열 방출을 위한 Coherent의 특허받은 공정과 맞춤형 솔루션의 이점을 누릴 수 있습니다.
Coherent는 모든 규모의 팀과 협력하여 데이터 센터 환경 안팎에서 신뢰할 수 있고 유연한 맞춤형 솔루션과 기능을 제공하도록 도와드립니다. 효율적이고 효과적인 열 관리는 많은 산업 응용 분야에서 비용 절감, 가동 중지 감소, 구성 요소 수명 주기 극대화를 실현합니다.
열 관리를 위한 Coherent 솔루션에 대해 자세히 알아보십시오.
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