Microsoft исследует использование жидкостей для охлаждения чипов искусственного интеллекта

Полупроводники, компоненты которых измеряются нанометрами, являются чудом современных центров обработки данных искусственного интеллекта, но одними из наиболее важных машин в таких объектах являются вентиляторы. Без постоянного продувания прохладного воздуха через стойки компьютеров продвинутые чипы попросту сгорят. Стоимость эксплуатации достаточного количества вентиляторов и кондиционеров, чтобы этого не произошло, заставляет производителей микросхем и операторов центров обработки данных искать новые способы решения задач.

Microsoft в прошлом месяце (15 ноября) анонсировала собственные передовые чипы для искусственного интеллекта. Новый чип Maia 100, призванный составить конкуренцию топовым продуктам Nvidia, предназначен для крепления к так называемой холодной пластине — металлическому устройству, которое охлаждается за счет жидкости, протекающей под его поверхностью. Эта технология может стать промежуточным шагом к охлаждению с полным погружением, когда целые стойки серверов работают внутри резервуаров со специальной жидкостью.

Охлаждающая пластина, прикрепленная к новому чипу Microsoft, имеет две трубки: одна для подачи холодной воды, а другая для отвода нагретой жидкости.
Источник: Microsoft

Преимущества жидкостного охлаждения чипов хорошо известны: способность воды поглощать тепло примерно в четыре раза выше, чем у воздуха. Некоторые криптомайнеры экспериментировали с этой техникой, и существуют центры обработки данных, которые уже адаптируют технологию холодных пластин к чипам, которые были разработаны для стандартного воздушного охлаждения. Заядлые геймеры, желающие повысить производительность своих ПК и снизить сводящий шум мощных вентиляторов, демонстрируют свои жидкостные системы охлаждения с подсвеченными водяными трубками.

Но жидкостное охлаждение имеет свои недостатки. Вода проводит электричество и может вывести из строя дорогостоящее оборудование, требуя альтернативных жидкостей, если им приходится вступать в прямой контакт с компьютерами. Для многих крупных центров обработки данных реализация совершенно новой стратегии охлаждения стала бы масштабным инфраструктурным проектом. Операторам, например, придется беспокоиться о том, как уберечь полы от обрушения под тяжестью всей жидкости, необходимой для погружения в воду рядов компьютерных шкафов. Это привело к тому, что крупные операторы центров обработки данных стали придерживаться курса в отношении воздушного охлаждения.

Огромные вычислительные потребности ИИ меняют ситуацию. Достижения, увеличивающие мощность чипа, умножают количество необходимой ему электроэнергии — чем больше энергии он потребляет, тем больше тепла он генерирует. Каждый ускоритель искусственного интеллекта Nvidia H100 потребляет не менее 300 Вт мощности. При этом центр обработки данных может использовать сотни или даже тысячи процессоров, каждый из которых стоит дороже, чем семейный автомобиль.

По данным отчета Omdia Research за ноябрь 2023 года, охлаждение является самой быстрорастущей статьей расходов на физическую инфраструктуру для центров обработки данных: совокупный годовой темп роста составляет 16%. Проблемы, связанные с охлаждением, вынуждают некоторых из них сокращать количество определенных типов компонентов, оставлять пространство между стойками пустым или снижать нагрузку на дорогие чипы, чтобы они не перегревались.

Серверная стойка, построенная на новых чипах Microsoft Maia и оборудованная системой охлаждения Sidekick.
Источник: Microsoft

Процессоры Microsoft Maia предназначены для работы вместе с большими охладителями, которые циркулируют жидкость через холодные пластины, подключенные непосредственно к чипам. Такое решение позволяет чипам работать в стандартных центрах обработки данных, и Microsoft заявляет, что начнет их установку в 2024 году.

Microsoft не сообщила, какую жидкость будут использовать ее системы. Энергетическая компания Shell PLC разработала процесс преобразования природного газа в синтетические жидкости, и Intel заявила, что уже тестирует его.