누수 없는 액체 냉각 방열판

가장 멋진 DC | 사례 연구

지속 가능한 데이터 센터의 미래 - 누수 없는 액체 냉각 방열판으로 탄소 발자국 및 에너지 소비 감소

CoolestDC는 EOS 적층 제조 기술로 친환경 데이터 센터 이니셔티브를 가속화하기 위해 고도로 맞춤화되고 누수가 없는 서버 내 액체 냉각 솔루션을 출시합니다.

데이터 센터 부문은 클라우드 애플리케이션, 디지털화, IoT 기기, 4G 및 5G 에지 컴퓨팅에 대한 수요 증가로 지난 몇 년 동안 상당한 호황을 누리고 있습니다. IDC*의 예측에 따르면 2025년에는 전 세계 데이터의 양이 175제타바이트에 달할 것으로 예상됩니다. 또한 데이터센터에 대한 총 투자액은 2019년 2447억4000만 달러에서 2025년 4321억4000만 달러로 9.9%의 연평균 성장률(CAGR)로 증가할 것으로 예상됩니다. 그러나 데이터의 증가가 계속됨에 따라 데이터센터가 환경에 미치는 영향에 대한 문제도 해결해야 합니다. 탈탄소화는 지속 가능성 목표와 재생 에너지에 초점을 맞추기 때문에 핵심 요소입니다. 주요 목표 중 하나는 에너지 효율적인 냉각 솔루션으로 보다 지속 가능한 데이터센터 운영을 구축하는 것입니다. 랙 밀도, 전기 비용 및 지속 가능성 활동에 따라 직접 칩 액체 냉각이 주요 냉각 방법이 될 수 있습니다.

도전 과제

랙 밀도를 줄이고 전기 비용을 절감하며 지속 가능성을 개선하기 위해 다이렉트 투 칩 액체 냉각 애플리케이션에서 누수 위험을 최소화하는 납땜 및 조립식 냉각판의 대안을 찾고 있습니다.

데이터센터 운영자가 냉각수 및 직접 팽창 시스템에 더 익숙하기 때문에 현재 공랭식 방열판이 이 분야를 지배하고 있습니다. 그러나 현재 공냉식 데이터센터의 전력 소비의 상당 부분이 공냉식 냉각기로 인해 발생하기 때문에 공냉식 방열판의 총 에너지 효율과 잠재적 절감 효과 측면에서 전력 소비와 탄소 배출량에는 한계가 있습니다. 더욱 엄격한 지속 가능성 목표와 데이터센터 소유주에 대한 새로운 탄소세 도입을 고려할 때, 직접 액체 냉각은 결국 데이터센터 운영자가 사용하는 주요 냉각 기술이 될 수 있습니다. 현재 직접 액체 냉각은 틈새 시장이며 특수 인프라 또는 보증이 적용된 고성능 서버에만 적용됩니다. 액체 냉각 방열판의 진입을 막는 주요 장벽 중 하나는 누출의 잠재적 위험이며, 이로 인해 서버가 손상될 수 있다는 점입니다. 현재 하이퍼스케일 DC 소유자, 운영자 및 서버 OEM은 모두 더 높은 랙 밀도에 대한 요구를 충족하는 동시에 총 에너지 효율성을 개선하기 위해 누수 없는 직접 액체 냉각 솔루션을 배포할 수 있는 가능성을 모색하고 있습니다.

"테마섹 재단은 데이터센터 냉각을 위한 획기적이고 에너지 효율적이며 물 소비량이 적은 솔루션을 개발하는 CoolestDC를 지원하게 되어 기쁘게 생각합니다. 이 솔루션은 브라운필드와 그린필드 애플리케이션 모두에 배포할 수 있으므로 싱가포르와 같은 도시가 친환경 데이터 센터 허브가 될 수 있도록 지속 가능한 데이터 센터 운영의 청사진이 될 수 있습니다."
림 혹 추안, 최고 경영자, 테마섹 재단(Temasek Foundation)

솔루션

고밀도 EOS Copper CuCP 공정과 함께 EOS DMLS 기술을 사용하여 누수가 없고 개스킷이 필요 없으며 조인트가 없는 일체형 냉각판을 개발 및 제작하여 누수가 전혀 없는 서버 내 액체 냉각 솔루션을 만들었습니다.

CoolestDC는 EOS의 최첨단 적층 제조(AM) 기술을 통해 업계의 우려와 요구 사항을 해결하기 위해 누수 없는 일체형 수냉식 방열판을 설계 및 제작할 수 있었습니다. AMCM M 290 1kW 시스템과 검증된 EOS Copper CuCP 공정(상업적으로 순수한 구리 기반)을 함께 사용하여 조인트, 어셈블리 또는 개스킷 없이 6bar 이상의 수압을 견딜 수 있는 고밀도 구리 히트 싱크를 제조했습니다. 또한, 적층 제조 공정은 다목적이며 벽 두께가 얇은 내부 구조(0.2mm 이상)를 생산할 수 있으며, 특허받은 경사 핀은 최적화된 공정으로 인쇄되어
프로세스를 통해 인쇄되어 정확성과 고해상도 특징을 유지합니다. 이 올인원 빌드는 서버 보드의 치명적인 고장으로 이어질 수 있는 누출 문제를 해결하고 제거할 뿐만 아니라 제조 복잡성을 대폭 줄여(조립 및 납땜이 필요 없음) 부품의 서비스 수명을 늘립니다.

"싱가포르에서는 액체 냉각 기술을 예로 들어 테스트하고 있습니다. 싱가포르 국립대학교의 일부인 CoolestDC라는 현지 회사와 함께 전력 밀도를 낮추기 위해 머신러닝 또는 AI 관련 서버를 사용하는 파일럿 프로젝트를 진행했습니다. CoolestDC의 액체 및 2상 냉각 솔루션을 사용하면 데이터센터의 총 에너지 소비를 최대 30%까지 절감할 수 있습니다. 이와 관련하여 이산화탄소 배출량과 물 소비량도 크게 감소할 것입니다."
마크 스미스, 디지털 리얼티 아시아 태평양 지역 전무 이사

결과

6bar 이상의 수압을 견딜 수 있는 누수 없는 일체형 냉각판입니다.
다양한 서버 보드에 대한 툴링 비용이 전혀 들지 않으므로 CAPEX 투자 감소.
판 두께, 핀 밀도, 위치를 자유롭게 맞춤 설계하고 제작할 수 있습니다.

CoolestDC의 유니바디 AM 냉각판은 디지털 리얼티에 속한 콜로케이터 시설에서 업계 최고의 공랭식 방열판과 비교 테스트했습니다. 결과는 다음과 같습니다:

CPU 다이 및 코어 온도 10°C 감소(그림 1)
GPU의 작동 온도를 거의 50%까지 크게 낮췄습니다(그림 2).
스로틀링 없이 40% 더 높은 클럭 속도로 최대 부하에서 GPU를 실행할 수 있습니다(그림 2).
PUE가 1.2로 감소(계산됨)

그림 1은 CPU 다이 및 코어 온도 측면에서 측정된 공랭식(AC) 대비 수냉식 CPU 쿨링 플레이트(AM)의 벤치마킹 결과를 보여줍니다. AM 냉각판의 효과는 CPU 다이와 코어 온도를 각각 9.6°C에서 14.9°C로, 8.1°C에서 12.4°C까지 낮추는 것으로 나타났습니다. 최대 온도 감소는 최대 부하 조건에서 발생했으며, 이 시점에서 공랭식 방열판은 발생된 열을 방출하는 데 어려움을 겪었습니다.

그림 2는 임계 온도인 90°C에서 최대 부하로 작동하는 공냉식 서버의 GPU를 보여줍니다. 이로 인해 GPU의 안전 기능이 과열 및 잠재적인 하드웨어 손상을 방지하기 위해 성능(클럭 속도, MHz로 측정)을 낮추는 써멀 스로틀링이 발생했습니다. 반면 수냉식 GPU는 온도를 40°C로 유지할 수 있었기 때문에 100% 부하에서 최고 성능으로 편안하게 작동할 수 있었습니다.

기존 공랭식 방열판 대비 액체 냉각 방열판의 장점

매개변수	공랭식 방열판 1U 서버	수냉식 방열판 (AM 유니바디)
최대 부하 시 CPU _Tdie	90°C 스로틀	46.0 °C
최대 부하 시 GPU 성능	1 750MHz 스로틀 5.8 TFlops 스로틀링됨	2 450 MHz 8.1 TFlops
PUE	1.4	1.23 LCCRD로 달성 가능
유출 우려	-	누수 없음(조인트 및 개스킷 미포함)

데이터센터 제공업체 및 이해관계자 혜택

위의 GPU 성능을 기준으로, 25개의 1U 서버(GPU 4개가 장착된 HPC 서버)로 완전히 채워진 수냉식 랙은 810 TFlops를 생성합니다. 동일한 성능을 달성하려면 공냉식 서버 30대가 필요하며, 이 경우 공냉식 랙의 최대 용량인 15kW를 초과하므로 각각 15대의 서버로 구성된 두 개의 랙으로 분리해야 합니다. 따라서 최종 고객을 위한 가치 제안과 총 비용 절감 효과는 다음과 같이 추정됩니다:

~40%

IT 성능 개선

~29% - 45%

에너지 소비량 감소

~30%

탄소 발자국 감소

~20%

랙 공간 비용 절감

~15%

CAPEX 절감(냉각기 제거, 바닥 높이기 등)

~$9.5K/mW

전력 - 물 소비량 감소로 인한 절감 효과

데이터센터 고객 사용 사례 및 시나리오에 대한 예상 TCO(비용 절감)

Al 또는 빅 데이터 분석

2 * 42U 랙 시스템

1. EE = $42,071
2. 탄소 = $7,853
3. 랙 렌탈 = $24,000
4. Est. 총 비용 절감액 = $73,924

온라인 게임 켜기

100 * 42U 랙 시스템

1. EE = $1,051,800
2. 탄소 = $196,331
3. 랙 렌탈 = $1,200,000
4. Est. 총 비용 절감액 = $2,448,131

블록체인 플랫폼

500 * 42U 랙 시스템

1. EE = $5,259,000
2. 탄소 = $981,655
3. 랙 렌탈 = $6,000,000
4. Est. 총 비용 절감액 = $12,240,655

쿨리스트DC는 EOS Additive Minds 팀과 협력하여 제품 성능을 더욱 최적화하고 제조 비용을 50% 이상 절감하기 위해 적층 제조 중심 설계를 개발했습니다. 또한 다양한 고객 요구 사항에 맞는 냉각판의 대량 맞춤화를 더 잘 지원하고 가속화할 수 있는 디지털화된 워크플로우를 모색하고 있습니다. AM을 사용하면 대량 맞춤형 냉각판에 대한 툴링 비용이 발생하지 않고 고객에게 최소 주문 수량도 필요하지 않습니다. 기존 제조 방식(기계 가공, 와이어 EDM 및 브레이징 등)을 사용하면 새로운 CPU 및 GPU 모델마다 약 3K의 최소 설치 비용이 발생합니다. 이 적층 제조 솔루션은 엣지 컴퓨팅을 포함한 그린필드 및 브라운필드 애플리케이션 모두에 적합합니다. 이 차세대 설계는 훨씬 더 비용 효과적이고 효율적이어서 최종 사용자에게 더 큰 비용 절감과 성능 향상으로 이어질 것으로 예상됩니다.

짧은 회사 프로필:

CoolestDC는 싱가포르에 기반을 둔 딥 테크 스타트업으로, 고열유속 전자제품의 열 관리에 상당한 전문성을 보유하고 있으며 Oblique Fin 고효율 액체 냉각 기술을 사용하여 설계 서비스를 제공할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. CoolestDC는 현재 EOS 싱가포르 Additive Minds 팀과 협력하여 데이터 센터의 지속 가능성을 높이기 위한 혁신적인 적층 제조 냉각 솔루션을 제공하고 있습니다. 추가 정보: https://www.coolestdc.com