如何帶走AI晶片的熱? 台達液冷驗證中心為資料中心尋能源解方

如何帶走AI晶片的熱? 台達液冷驗證中心為資料中心尋能源解方

隨著AI晶片功率邁向2kW,傳統幾MW的資料中心已經不夠看,現在看到的許多資料中心,規模已經來到1GW或以上。除了晶片功率上升,CoWoS等先進封裝技術將大量晶片緊密封裝在一起,發熱密度跟著提高。散熱重心因此從氣冷走向液冷,再深入到晶片,讓熱能從源頭被帶走。
台達中壢六廠設有一座「液冷驗證中心」(Cooling Lab),15KW、150KW及3MW的CDU冷卻液分配裝置都在這邊完成研發與測試,並進入NVIDIA合格產品名單。《環境資訊中心》走進這座實驗室,看台達如何為AI資料中心提供散熱與能源解方。
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台達台灣業務總經理張立業表示,許多資料中心規模已經來到1GW或以上,散熱需靠液冷技術。攝影:陳昭宏

AI晶片功率翻四倍 散熱從吹風走向液冷

「現在新的NVIDIA架構都一定要用液冷來去把熱帶走了,傳統的氣冷其實都是不夠的。」台達資料中心第一事業部總經理詹智強表示,資料中心若要導入最新一代的GPU算力,散熱系統必須轉向液冷。
台達台灣業務總經理張立業形容,傳統氣冷就像是人感到微熱時,吹電風扇把熱散掉;而最新的液冷技術,則像是發高燒時,把冰塊直接貼在額頭上冰敷。在液冷系統中,CDU冷卻液分配裝置就像是資料中心的心臟,把冷卻液輸送到晶片,把晶片的熱帶走。
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運算中的AI晶片就像一個個持續加熱的電磁爐,CDU將冷卻液送入伺服器帶走熱量,熱水流回CDU再與冰水主機供應的冷水進行熱交換。圖為台達廠區所展示的模型。攝影:陳昭宏
張立業指出,AI晶片功率從過去單顆約0.5kW提高至2kW,翻了四倍。伺服器與機櫃所需功率也同步增加。近年的先進封裝技術(如CoWoS)將大量晶片緊密封裝在一起,更讓晶片發熱密度提高,底層載板(substrate)的熱也更容易累積、難以排出,因此散熱技術必須深入到晶片。
台達電中壢六廠近1000平方公尺的「液冷驗證中心」(Cooling Lab),是台達為旗下液冷設備打造的「一站式」驗證基地,測試產品的安全、性能與可靠度。台達表示,15KW、150KW及3MW的CDU都是在這邊完成研發測試,並被NVIDIA列為合格產品名單。未來還要擴建7MW的實驗室。
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台達電「液冷驗證中心」(Cooling Lab)以電力加熱水體,模擬資料中心運作時產生的熱量,測試液冷設備的散熱性能。攝影:陳昭宏
CDU將冷卻液送入伺服器,流經貼附在晶片上的水冷板,直接帶走熱量。吸熱後,冷卻液溫度可升至約45°C,再流回CDU,與冰水主機供應的低溫冷卻水進行熱交換;降溫後,再重新送回伺服器,形成循環。冷卻3MW機櫃負載所需的冷卻水流量,約相當於三輛消防車同時出水。

從晶片到太空,資料中心還有哪些能源、散熱解方?

電力從電網送到晶片,會經過多次降壓與轉換,產生能源損耗。越少的轉換,效率就越高。台達導入採用第三代半導體技術的固態變壓器(SST),整合原本分散在不同設備中的電力轉換,讓整體電力轉換效率提升約4~5個百分點,對用電規模龐大的AI資料中心而言相當可觀。
除了改造機房,降低耗能也可以從晶片本身著手。美國安卓樂資本(Andra Capital)合夥人林家振指出,推論晶片公司Groq的晶片功耗較低,第三代產品仍可採用傳統氣冷。若既有資料中心有閒置機櫃,無須大幅改造散熱系統即可導入。
根據Groq公開資料,Groq專門用於AI推論的LPU(Language Processing Unit),將記憶體與運算單元整合在同一晶片上。相較GPU需透過獨立的高頻寬記憶體(HBM)在運算單元與外部記憶體間搬移資料,LPU可減少資料往返、提升存取效率。
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隨著AI資料中心用電快速攀升,業界正從晶片、供電與散熱等不同環節尋找節能解方。示意圖。圖片來源:PIXABAY
林家振也提到,若將算力設備部署到太空,可透過追日(tracker)設計,讓光電板持續朝向太陽,達到近24小時發電。不過散熱方式有所不同,由於太空接近真空,對流與傳導散熱效果有限,關鍵將在是否有效做到輻射散熱。他希望台灣也有能力佈局「太空散熱」,正與相關業者洽談中。

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