漏れのない液冷ヒートシンク

CoolestDC|ケーススタディ

持続可能なデータセンターの未来 - 漏れのない液体冷却ヒートシンクがカーボンフットプリントとエネルギー消費を削減

CoolestDCは、EOSアディティブ・マニュファクチャリング技術によりグリーンデータセンター構想を加速する、高度にカスタマイズ可能で漏れのないサーバー内液冷ソリューションを発表。

クラウドアプリケーション、デジタル化、IoTデバイス、4Gおよび5Gエッジコンピューティングの需要増加により、データセンター部門はここ数年で大きく成長している。IDC*の予測によると、世界のデータ量は2025年までに175ゼタバイトに達する。また、データセンターへの総投資額は、2019年の2,447億4,000万ドルから2025年には4,321億4,000万ドルへと、年平均成長率(CAGR)9.9%で増加すると予想されている。しかし、データの増大が続く中、データセンターが環境に与える影響の問題にも取り組む必要がある。脱炭素化は、持続可能性の目標と再生可能エネルギーに焦点を当てた重要な要素である。主な目的のひとつは、エネルギー効率の高い冷却ソリューションによって、より持続可能なデータセンター運営を構築することです。ラック密度、電気料金、持続可能な活動によって、Direct-to-Chip液冷が主要な冷却方法になる可能性があります。

 

課題

ラック密度を縮小し、電気料金を削減し、持続可能性を向上させるために、直接チップ間液冷アプリケーションにおける漏れのリスクを最小限に抑える、ろう付けおよび組み立て式のコールドプレートに代わるものを見つけること。

空冷式ヒートシンクは、データセンター事業者が冷水や直接膨張システムに慣れ親しんでいるため、現在この分野で主流となっている。しかし、現在の空冷式データセンターにおける電力消費の大部分はエアチラーによるものであるため、空冷式ヒートシンクによる総エネルギー効率と潜在的な節約という点では、電力消費と炭素排出には限界がある。持続可能性の目標がより厳しくなり、データセンター所有者に新たな炭素税が導入されることを考えると、直接液冷はいずれデータセンター運営者が採用する主要な冷却技術となるかもしれない。現在のところ、直接液冷はニッチな活動であり、特別なインフラや保証のある高性能サーバーにのみ適用される。液冷ヒートシンクの参入を阻む主な障壁の一つは、漏れの潜在的なリスクであり、その結果、サーバーに損傷を与える可能性がある。ハイパースケールDCの所有者、運営者、サーバーOEMは現在、総エネルギー効率を向上させながら、より高いラック密度の要求を満たすために、漏れのない直接液冷ソリューションを導入する可能性を模索している。

「テマセク財団は、CoolestDCが破壊的でエネルギー効率が高く、水消費量の少ないデータセンター冷却ソリューションを開発することを支援できることをうれしく思います。このソリューションは、グリーンフィールドだけでなくブラウンフィールドでも展開できるため、このイノベーションは持続可能なデータセンター運営の青写真となり、シンガポールのような都市をグリーンデータセンターのハブにすることができます。
リム・ホック・チュアン、最高経営責任者(CEO) - テマセク財団

ソリューション

EOS DMLS技術と高密度EOS Copper CuCPプロセスを併用することで、ガスケットなし、接合部なしの一体型コールドプレートを開発・製造し、完全に漏れのないサーバー内液冷ソリューションを実現しました。

EOSの最先端アディティブ・マニュファクチャリング(AM)技術により、CoolestDCは、産業界の懸念と要件に対応する、漏れのない一体型液冷ヒートシンクを設計・製造することができました。AMCM M 290 1kW システムと、検証済みのEOS Copper CuCPプロセス(市販の純銅をベース)を使用し、接合部、アセンブリ、ガスケットなしで、6 bar 以上の水圧に耐える高密度の銅製ヒートシンクを製造しました。さらに、AMプロセスは汎用性が高く、薄肉の内部構造(0.2mm以上)を製造することができます。
特許取得済みの斜めフィンは、その精度と高解像度の特徴を維持するために最適化されたプロセスでプリントされます。このオールインワン構造により、サーバー・ボードの致命的な故障につながる可能性のある漏れの懸念に対処し、これを解消するだけでなく、製造の複雑さを大幅に軽減し(組み立てやろう付けが不要)、部品の耐用年数を延ばすことができる。

ワイヤーカットコールドプレートとEOSユニボディAMコールドプレート(オブリクフィン技術搭載

「シンガポールでは、一例として液冷技術をテストしています。シンガポール国立大学の一部であるCoolestDCという地元企業と試験的に行っており、機械学習やAI関連のサーバーを使って電力密度を下げています。CoolestDCの液体および二相冷却ソリューションを使用することで、データセンターの総エネルギー消費量を最大30%削減することができます。これに関連して、二酸化炭素の排出量と水の消費量が大幅に削減されます。
デジタルリアルティのアジア太平洋地域担当マネージングディレクター、マーク・スミス氏

結果

  • 6バール以上の水圧に耐える、漏れのない一体型コールドプレート。
  • 異なるサーバー・ボードに対応する金型費用が不要なため、CAPEX投資が削減される。
  • カスタマイズされた板厚、フィン密度、位置を自由に設計・製作できる。

CoolestDC のユニボディ AM コールドプレートは、Digital Realty が所有するフル稼働のコロケーター施設で、業界をリードする空冷式ヒートシンクと比較テストされました。その結果

  • CPUのダイとコアの温度を10℃低減(図1)
  • GPUの動作温度を約50%大幅に低減(図2)
  • GPUは、スロットリングなしに、40%高いクロック速度で全負荷を実行できる(図2)
  • PUEを1.2に低減(計算値)
世界初、サーバーCPU(AMD EPYC 7352 2.30GHz)に搭載されたリークフリーのユニボディコールドプレート、EOS Copper CuCP材を使用したAMCM M 290 1kWシステムを用いて付加製造。

図1は、液冷CPUコールドプレート(AM)と空冷CPUコールドプレート(AC)のベンチマーク結果をCPUダイ温度とコア温度で測定したものである。AMコールドプレートの効果は、CPUダイとコアの温度をそれぞれ9.6℃~14.9℃、8.1℃~12.4℃低下させた。最大温度低下は全負荷状態で発生したが、この時点では空冷ヒートシンクは発生した熱を放散するのに苦労した。

図 2 は、しきい値温度 90 °Cでフル負荷動作する空冷サーバーの GPU を示しています。これはサーマルスロットリングの一因であり、GPUの安全機能により、過熱によるハードウェアの損傷を避けるために性能(クロック速度、MHzで測定)が低下しました。一方、液冷GPUは温度を40 °Cに維持できたため、100 %の負荷でもピーク性能で快適に動作した。

液冷ヒートシンクと従来の空冷ヒートシンクの利点

パラメータ 空冷ヒートシンク
1Uサーバー
液冷ヒートシンク
(AMユニボディ)
全負荷時のCPUTdie 90 °C スロットル 46.0 °C
全負荷時のGPUパフォーマンス 1 750 MHzスロットル
5.8TFlopsスロットル
2 450 MHz
8.1 TFlops
PUE 1.4 1.23 LCCRDで達成可能
漏れの懸念 - リークフリー(ジョイントやガスケットなし)

データセンター・プロバイダーと関係者のメリット

上記のGPU性能に基づくと、25台の1Uサーバー(4つのGPUを搭載したHPCサーバー)を搭載したフル装備の液冷ラックは、810TFlopsを生成します。同じ性能を達成するには30台の空冷サーバーが必要で、空冷ラックの最大容量15kWを超えるため、15台ずつ2つのラックに分ける必要があります。したがって、エンドユーザーにとっての価値提案と総コストの削減は、以下のように見積もられる:

~40%

ITパフォーマンス向上

~29% - 45%

エネルギー消費量の削減

~30%

カーボンフットプリントが小さい

~20%

ラックスペースのコスト削減

~15%

CAPEXの節約(チラーの廃止、床上げなど)

~9.5Kドル/mW

電力 - 水の消費量削減による節約

データセンター顧客のユースケースとシナリオにおけるTCO(コスト削減)の見積もり

ビッグデータ分析

2 * 42Uラックシステム

1.EE =42,071ドル
2.カーボン=7,853ドル
3.ラックレンタル =$24,000
4.見積もり総費用の節約 =$73,924

オンラインゲーム

100 * 42Uラックシステム

1.EE =1,051,800ドル
2.カーボン=196,331ドル
3.ラックレンタル =$1,200,000
4.見積もり総費用の節約 =$2,448,131

ブロックチェーン・プラットフォーム

500 * 42Uラックシステム

1.EE =5,259,000ドル
2.カーボン =$981,655
3.ラックレンタル =$6,000,000
4.見積もり合計コスト削減 =$12,240,655

EOSアディティブ・マインズ・チームとの協力により、CoolestDCは、製品性能をさらに最適化し、製造コストを50%以上削減するためのAM中心の設計を開発しました。また現在、さまざまな顧客要件に対応するコールドプレートの大量カスタマイズをよりよくサポートし、加速するデジタル化されたワークフローを模索しています。AMを使用することで、マスカスタマイゼーションのコールドプレートには金型費がかからず、顧客には最小注文数量が要求されない。従来の製造(機械加工、ワイヤー放電加工、ろう付けなど)では、新しいCPUとGPUのモデルごとに最低約3000ドルのセットアップ費用がかかる。このAMソリューションは、エッジコンピューティングを含むグリーンフィールドとブラウンフィールドの両方のアプリケーションに適しています。私たちは、この次世代設計がさらにコスト効率と効率を高め、エンドユーザーにとってより大きな節約と性能向上につながることを想定しています。

AM中心のユニボディ・コールドプレートCPU設計

簡単な会社概要:

CoolestDCは、シンガポールを拠点とするディープテック新興企業で、高熱流束電子機器の熱管理に関する豊富な専門知識と、Oblique Finの高効率液体冷却技術を使用した設計サービスを提供する能力を備えています。CoolestDCは現在、EOSシンガポールAdditive Mindsチームと協力し、データセンターの持続可能性を促進する革新的な付加製造冷却ソリューションを提供している。詳細情報:https://www.coolestdc.com

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