人工智能（AI）和計算能力需求的激增正推動數(shù)據(jù)中心提升其制冷能力。

麥肯錫公司估計，全球?qū)?a href="http://m.yjcgcx.cn/magazines/info/102661">數(shù)據(jù)中心容量的需求到2030年可能以每年19-20%的速度增長，到本世紀(jì)末，年消耗量將達(dá)到171-219GW。

Alloy Enterprises 的銅制冷板

總部位于伯靈頓的Alloy Enterprises正通過其美國制造的直接液體冷卻（DLC）冷板技術(shù)滿足這一日益增長的需求。這些冷板專為提升GPU服務(wù)器機架效率而設(shè)計，可將能耗降低21%，并使泵送壓力減少4倍。

首席執(zhí)行官Ali Forsyth估計，2024年GPU和散熱器冷卻的可服務(wù)市場規(guī)模將達(dá)到11億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）預(yù)計為36%。Forsyth稱堆疊鍛造是滿足數(shù)據(jù)中心冷卻需求的理想增材制造工藝，并透露Alloy Enterprises正在擴大其DLC解決方案以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

該公司每月可生產(chǎn)15000個部件，部件良率達(dá)92%。其采用的鋁材成本低于每公斤10美元，是激光粉末床熔融（LPBF）工藝中使用的粉末基6061鋁的20分之一。Alloy Enterprises還將其DLC解決方案中融入了銅元素，與僅使用鋁相比，熱性能提升約30%。

提升數(shù)據(jù)中心的熱管理

保持?jǐn)?shù)據(jù)中心涼爽是迫在眉睫的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的擴展，服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)量不斷增加，并產(chǎn)生大量熱量。人工智能就緒設(shè)施尤其耗電，這主要歸因于其服務(wù)器機架的高平均功率密度。

根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)，平均功率密度從2022年的8kW躍升至2024年的17kW，預(yù)計到2027年將達(dá)到30kW。訓(xùn)練OpenAI的ChatGPT等模型可能需要每個機架超過80kW的電力。在今年的人工智能大會（GTC AI）上，英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛揭示了該公司的新型NVL576機架，該機架可支持高達(dá)600kW的電力。

“芯片制造商正在生產(chǎn)更大、更熱的處理器，這使得高效散熱成為數(shù)據(jù)中心面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。”Forsyth表示。她指出，為這些系統(tǒng)散熱可能消耗設(shè)施總電力的20%以上，因此熱效率至關(guān)重要。

Alloy Enterprises旨在通過其直接液體冷卻解決方案應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。該公司的冷板內(nèi)置復(fù)雜的微通道結(jié)構(gòu)，可顯著提升冷卻效率。據(jù)該公司介紹，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計可將熱阻降低50%，并使電源使用效率（PUE）提升18%。

3D打印組件還實現(xiàn)了極低的壓力損失，F(xiàn)orsyth透露這一數(shù)值是競爭對手的四分之一。這降低了泵送阻力并提升了液體流量，意味著在數(shù)據(jù)中心機架中循環(huán)冷卻液所需的能量更少。

更重要的是，改進(jìn)的熱性能使數(shù)據(jù)中心能夠使用更高溫度的水（通常為44°C）冷卻更強大的芯片。“你希望能夠在設(shè)施內(nèi)循環(huán)更溫暖的水。”Forsyth解釋道。這反過來又使干式冷卻器能夠?qū)崃颗欧诺绞彝?，從而避免使用耗能的制冷空調(diào)系統(tǒng)。Forsyth將此描述為“節(jié)省能源的絕對關(guān)鍵”。

Forsyth主張“100%液體冷卻是未來趨勢”，可消除傳統(tǒng)空氣冷卻所需的笨重、高能耗散熱器和風(fēng)扇。該公司以液體冷卻為核心的組件還可實現(xiàn)更高的冷卻密度，使機架制造商能安裝更多電子設(shè)備。

除GPU外，這些外圍組件還包括內(nèi)存、SSD硬盤、電源供應(yīng)器、QSFP收發(fā)器及網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）。“我們有很多客戶尋求部件整合，希望通過單一冷卻板同時為多個組件散熱。”Forsyth解釋道。

在2030年的模擬場景中，Alloy的技術(shù)使75兆瓦數(shù)據(jù)中心的總能耗較替代方案降低21%。“采用高性能冷卻組件能節(jié)省的電量令人驚嘆，”Forsyth補充道。

Alloy Enterprises開始使用6061鋁板生產(chǎn)3D打印GPU冷卻設(shè)備。今年早些時候，該公司使用相同材料為英偉達(dá)的H100 PCIe卡制造了液體冷板。

這款高性能數(shù)據(jù)中心GPU旨在加速人工智能和高級計算。Alloy Enterprises使用nTop的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計軟件開發(fā)了冷卻板。該過程使團(tuán)隊能夠利用模擬數(shù)據(jù)（包括熱流、流體流動和結(jié)構(gòu)約束）優(yōu)化設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)。

Alloy Enterprises于6月推出了銅質(zhì)DLC解決方案。與鋁材相比，C110銅將散熱效率提升了約30%。該材料還符合ASHRAE化學(xué)兼容性標(biāo)準(zhǔn)，可降低腐蝕、劣化及泄漏風(fēng)險。

金屬3D打印的批量生產(chǎn)

隨著對人工智能計算的需求激增，Alloy Enterprises正加快生產(chǎn)步伐以滿足市場需求。其現(xiàn)有工廠每月可生產(chǎn)15000個部件。通過在生產(chǎn)線上增加額外的模塊化堆疊鍛造單元，產(chǎn)能可進(jìn)一步擴展。

Alloy Enterprises 銅制DLC冷板

“堆疊鍛造技術(shù)的可擴展性是該技術(shù)的核心。”Forsyth解釋道，她正致力于實現(xiàn)公司DLC設(shè)備的“大規(guī)模生產(chǎn)”。“我們完全有能力滿足每年需要數(shù)萬個組件的客戶需求。”

這一規(guī)模至關(guān)重要，因為數(shù)據(jù)中心散熱市場的需求持續(xù)激增。“計算需求呈爆炸式增長。支撐計算的電力需求同樣呈爆炸式增長，而冷卻組件的需求也緊隨其后。”Forsyth補充道。

GPU散熱的3D打印未來

展望未來，F(xiàn)orsyth承認(rèn)數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)并非無限，因此提升熱效率至關(guān)重要。“節(jié)省的每一千瓦電力都可用于生成更多代幣或運行更多計算，”Forsyth表示，“這意味著更高的收入或減少CO2排放。”

事實上，隨著環(huán)境法規(guī)和排放目標(biāo)的收緊，數(shù)據(jù)中心的碳足跡正面臨越來越多的審查。根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，2024年數(shù)據(jù)中心消耗了約415TWh，占全球電力消耗的約1.5%。IEA估計，為了實現(xiàn)其凈零目標(biāo)，數(shù)據(jù)中心的排放量必須在2030年前減半。

Alloy Enterprises的許多客戶，尤其是超大規(guī)模企業(yè)，已承諾減少碳足跡。對于Forsyth而言，DLC是實現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵。她強調(diào)了其在每千瓦提供更多計算能力以及在無需冷卻的44°C水環(huán)境下運行的能力。她還指出，堆疊鑄造的片狀原料與LPBF技術(shù)中使用的金屬粉末相比，CO2排放量顯著降低，且回收再利用難度遠(yuǎn)低于后者。

這位科技公司首席執(zhí)行官還呼吁轉(zhuǎn)向更清潔的能源來為數(shù)據(jù)中心供電。她提到了谷歌最近與ARC達(dá)成的一項協(xié)議，后者是由麻省理工學(xué)院（MIT）衍生公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）開發(fā)的緊湊型核聚變反應(yīng)堆，谷歌將從其購買200兆瓦的電力。位于弗吉尼亞州切斯特菲爾德縣的ARC計劃于2030年代初實現(xiàn)清潔能源供應(yīng)。

“我認(rèn)為整個社會都將從中受益，”Forsyth感嘆道，“如果數(shù)據(jù)中心推動了這些創(chuàng)新，我對此表示支持，因為整個世界都將需要它。”

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

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