GLOBALHoses de refroidissement liquide pour systèmes HPC: ce que les ingénieurs devraient considérer
Les systèmes de calcul haute performance (HPC) imposent des exigences exigeantes en matière de gestion thermique.
Au fur et à mesure que la densité de calcul augmente, il faut retirer davantage de chaleur des processeurs, des accélérateurs et d'autres composants de haute puissance dans des configurations d'équipement de plus en plus compactes.
Le tuyau de refroidissement liquide est une partie de ce système.
Il relie les composants de refroidissement, transporte le liquide de refroidissement dans le circuit et offre la flexibilité nécessaire pour l'aménagement, l'installation et la maintenance des équipements.
1. Pourquoi les systèmes HPC ont besoin d'un refroidissement liquide soigné
Les équipements HPC peuvent combiner une haute densité de calcul avec des charges thermiques exigeantes.
Selon l'architecture du système, le refroidissement liquide peut être utilisé pour éliminer la chaleur directement des processeurs ou des accélérateurs, par des plaques froides, des collecteurs et d'autres composants de refroidissement.
Cela crée plusieurs exigences pour le système de distribution du liquide de refroidissement:
- Débit suffisant de liquide de refroidissement
- Perte de pression contrôlée
- Transfert de chaleur fiable
- Connexions stables
- Capacité de température appropriée
- Routage flexible et contrôlé
- Points d'entretien accessibles
Le tuyau doit fonctionner dans ces conditions tout en conservant ses performances mécaniques et de manutention des fluides.
2. Commencez par l'architecture de refroidissement HPC
Avant de choisir un tuyau, les ingénieurs doivent comprendre où le tuyau est situé dans l'architecture de refroidissement.
Un dispositif de refroidissement liquide typique peut comprendre une unité de distribution de liquide, des collecteurs d'alimentation et de retour, des plaques froides, des flexibles et des raccords à déconnexion rapide.
Différentes sections du système peuvent avoir des exigences différentes.
Un tuyau reliant un collecteur à une plaque froide peut exiger différentes dimensions et caractéristiques de routage d'un raccordement plus long entre les principaux composants de refroidissement.
Pour le fonctionnement du système de refroidissement liquide, voir:
Comment fonctionne le refroidissement liquide dans les centres de données AI? .
3. Déterminer le débit de liquide de refroidissement requis
Le débit est l'un des premiers paramètres que les ingénieurs devraient établir.
Le débit de liquide de refroidissement nécessaire dépend de la charge thermique, des propriétés du liquide de refroidissement, de la hausse de température admissible et de l'architecture de refroidissement globale.
Une fois le débit requis connu, le diamètre intérieur du tuyau peut être évalué en même temps que la résistance hydraulique attendue.
Choisir un tuyau seulement à partir d'un diamètre de bâbord existant peut entraîner une configuration qui ne fournit pas la performance hydraulique souhaitée.
4. Diamètre intérieur du tuyau et exigences de débit HPC
Le diamètre interne affecte directement la zone d'écoulement du liquide de refroidissement.
Pour un débit donné, un diamètre intérieur plus petit entraîne généralement une vitesse d'écoulement plus élevée et peut augmenter la perte de pression.
Un tuyau plus grand peut réduire la résistance hydraulique dans certaines conditions, mais il peut aussi nécessiter plus d'espace d'installation et un rayon de virage plus grand.
Par conséquent, la taille du tuyau doit être évaluée en fonction des exigences hydrauliques et mécaniques.
Voir:
5. La chute de pression fait partie de la conception du système
La perte de pression se produit dans un circuit de refroidissement liquide.
Les os, raccords, raccords à déconnexion rapide, collecteurs, plaques froides et autres composants peuvent tous contribuer à la résistance au flux de liquide de refroidissement.
Pour le tuyau lui-même, la perte de pression peut être affectée par:
- Diamètre intérieur
- Longueur du tuyau
- Débit
- Viscosité du liquide de refroidissement
- Température
- Construction intérieure
- Bends et composants de connexion
Pour une discussion plus détaillée:
6. La longueur du tuyau peut affecter la performance hydraulique
Les tuyaux plus longs offrent généralement une plus grande résistance hydraulique que les tuyaux plus courts dans des conditions comparables.
Cela signifie que la longueur du tuyau doit être prise en compte lors de la conception du circuit de refroidissement complet.
Dans le même temps, faire un tuyau inutilement court peut introduire une tension d'installation ou restreindre les mouvements d'entretien.
La cible pratique est une longueur de tuyau qui supporte l'itinéraire prévu sans effort excessif ou mécanique.
Voir:
7. La compatibilité du liquide de refroidissement doit être vérifiée
Le matériau du tuyau doit être compatible avec le liquide de refroidissement utilisé par le système HPC.
Le choix des matériaux devrait tenir compte de la chimie du liquide de refroidissement, de la température de fonctionnement, de la concentration et des conditions d'exposition attendues.
Les familles potentielles de matériaux de tuyaux peuvent comprendre des constructions à base d'EPDM, de silicone, de PTFE et de PFA, selon l'application.
Le bon choix devrait être déterminé à partir des exigences de fonctionnement réelles plutôt que de la seule catégorie de matériaux.
Pour en savoir plus:
8. La plage de température est importante
Les systèmes de refroidissement HPC peuvent subir des changements de température pendant le démarrage, le fonctionnement normal, l'arrêt et les conditions transitoires.
Les ingénieurs devraient donc évaluer la plage complète de température de fonctionnement prévue.
Le matériau du tuyau et sa construction doivent conserver les propriétés mécaniques et de manutention des fluides requises dans toute cette gamme.
La température doit également être envisagée en même temps que la chimie du liquide de refroidissement, car la compatibilité des matériaux peut dépendre des deux facteurs.
9. La cote de pression doit refléter les conditions réelles de fonctionnement
La pression du tuyau doit être adaptée au système de refroidissement réel.
Les ingénieurs devraient tenir compte de la pression de fonctionnement normale ainsi que des fluctuations de pression pertinentes et des exigences de sécurité applicables.
Le tuyau ne doit pas être évalué indépendamment de ses raccords et de sa méthode de raccordement lorsque le composant final est un ensemble de tuyau.
Voir:
10. La flexibilité est importante dans le matériel HPC
Les systèmes HPC contiennent souvent des composants de refroidissement densément disposés.
Il peut être nécessaire de passer autour des plaques froides, des collecteurs, des structures de serveurs et d'autres matériels.
La flexibilité peut faciliter l'installation, mais la flexibilité ne doit pas être considérée indépendamment de la capacité de pression, de la compatibilité des matériaux et de la stabilité dimensionnelle.
Le tuyau désiré doit fournir la combinaison nécessaire de performance mécanique et hydraulique pour l'installation.
11. Bend Radius devrait faire partie du dessin ou modèle
Un tuyau doit être acheminé dans le rayon de virage minimal spécifié.
Forcer un tuyau dans un virage plus serré peut déformer le tuyau et potentiellement affecter son intégrité mécanique et son cheminement interne.
Dans les systèmes HPC denses, l'espace disponible peut rendre cela particulièrement important.
Voir:
12. Évitez les rainures et les changements de routage aigus
Le routage du tuyau doit utiliser des courbes lisses et contrôlées plutôt que des virages aigus.
Un crique peut réduire la zone d'écoulement interne efficace et créer une déformation mécanique concentrée.
L'acheminement doit donc fournir un dégagement suffisant autour d'autres composants et éviter de forcer le tuyau dans une géométrie inappropriée.
D'autres conseils d'acheminement sont disponibles ici:
Routage du tuyau de refroidissement liquide: Comment éviter les kinks et la flexion excessive .
13. Le renforcement du tuyau peut affecter la performance
Le renforcement du tuyau peut influencer la capacité de pression, la stabilité dimensionnelle et le comportement mécanique.
Le renforcement approprié dépend de la pression, de la température, de la flexibilité et des exigences d'acheminement de l'application.
Un tuyau fortement renforcé n'est pas automatiquement le bon choix pour chaque boucle de refroidissement HPC. La construction doit correspondre aux conditions d'ingénierie réelles.
Voir:
Comment le renforcement du tuyau affecte les performances du système de refroidissement liquide .
14. Considérer la construction complète du tuyau
Un tuyau de refroidissement liquide peut contenir plusieurs couches fonctionnelles.
Selon la conception, ils peuvent inclure:
- Tube intérieur
- Couche de renforcement
- Couverture extérieure
Chaque couche peut servir un but différent.
Le tube intérieur interagit directement avec le liquide de refroidissement. Le renforcement peut fournir une résistance mécanique et une stabilité dimensionnelle, tandis que le couvercle extérieur peut protéger l'ensemble de l'environnement environnant.
Pour une explication détaillée:
15. EPDM pour le refroidissement liquide HPC
EPDM peut être pris en compte pour les applications de refroidissement liquide lorsque ses caractéristiques de matériau et sa compatibilité avec le liquide de refroidissement satisfont aux exigences du système.
Son adéquation doit être vérifiée par rapport au liquide de refroidissement réel, à la plage de température et aux exigences mécaniques.
Les ingénieurs devraient éviter de sélectionner EPDM simplement parce qu'il est couramment utilisé dans les applications de manipulation des fluides.
Les conditions réelles de la boucle de refroidissement déterminent si une construction EPDM particulière est appropriée.
16. Silicone pour les applications de refroidissement HPC
Les tuyaux en silicone peuvent offrir une flexibilité utile dans les applications où l'espace de routage est limité.
Cette caractéristique peut être utile dans les plans d'équipement où les tuyaux doivent suivre des chemins compacts autour des composants de refroidissement.
Cependant, la flexibilité n'est qu'un paramètre de sélection.
La capacité de pression, la température, la compatibilité du liquide de refroidissement, la perméabilité et la construction doivent également être envisagées.
17. PTFE et PFA pour les exigences spécialisées
Les tuyaux en fluoropolymère tels que PTFE et PFA peuvent être pris en considération lorsque la résistance chimique ou des exigences spécifiques de propreté sont importantes.
Ils présentent des caractéristiques mécaniques différentes de nombreuses constructions de tuyaux en caoutchouc, de sorte que les exigences d'installation et d'acheminement doivent être évaluées avec soin.
Pour une comparaison matérielle:
Le tuyau de refroidissement liquide PTFE vs. PFA: Quelle est la différence? .
18. La conception de la connexion est aussi importante que la sélection du tuyau
Un tuyau de refroidissement liquide n'est pas simplement un tube de tuyau.
Selon le système, il peut comprendre des raccords, des raccords à déconnexion rapide, des éléments d'étanchéité et une méthode d'assemblage définie.
Tous ces composants doivent être compatibles.
Un tuyau bien sélectionné peut encore produire un raccord de refroidissement peu fiable si la méthode de montage ou d'assemblage n'est pas appropriée.
19. Connexions UQD pour systèmes HPC
Les connexions UQD peuvent être utiles dans les architectures de refroidissement où les composants doivent être déconnectés pour le service ou le remplacement.
Ils peuvent supporter des connexions modulaires entre les composants de refroidissement lorsque le tuyau, le raccord et le raccord sont correctement adaptés.
La liaison doit également être acheminée de manière à ne pas subir de flexion ou de chargement latéral inutiles.
Voir:
20. Connexions manifold nécessitant un routage organisé
Les systèmes de refroidissement HPC peuvent utiliser des collecteurs pour distribuer le liquide de refroidissement à plusieurs processeurs ou autres dispositifs de refroidissement.
Cela peut entraîner plusieurs tuyaux occupant un espace relativement petit.
L'acheminement devrait donc envisager:
- Espacement des connexions
- Diamètre du tuyau
- Rayon de courbure
- Orientation du couplage
- Accès aux services
- Contact potentiel entre les tuyaux adjacents
21. Éviter le stress mécanique aux connexions
Les os ne doivent pas être installés sous tension ou compression inutile.
De même, un virage aigu immédiatement à côté d'un raccord peut créer une condition mécanique indésirable.
Lorsque l'équipement de refroidissement peut se déplacer au cours de l'installation ou de l'entretien, l'ensemble du tuyau doit fournir suffisamment de longueur et de flexibilité pour permettre le mouvement prévu.
22. La capacité d'entretien devrait être envisagée dès le début
Les systèmes HPC sont entretenus, mis à niveau et entretenus pendant toute leur durée de vie.
Les connexions de refroidissement doivent donc rester accessibles.
Un acheminement compact mais difficile à déconnecter peut augmenter le temps de service et introduire une manipulation inutile de l'ensemble du tuyau.
La conception technique devrait équilibrer l'efficacité de l'espace avec l'accès pratique à la maintenance.
23. Longueur du tuyau et mouvement de l ' équipement
La longueur du tuyau doit tenir compte de la géométrie réelle de l'équipement.
Si un tuyau est trop court, l'installation peut introduire une tension aux connexions.
Si elle est trop longue, les boucles qui en résultent peuvent occuper un espace inutile et compliquer le routage.
Lorsque l'équipement est retiré pendant l'entretien, le mouvement prévu doit également être envisagé.
24. Exigences en matière de propreté
Selon l'architecture du refroidissement et du liquide de refroidissement, la propreté peut être un élément important de la sélection et de l'assemblage des tuyaux.
Les ingénieurs devraient tenir compte du processus de fabrication du tuyau, du processus d'assemblage, de la propreté interne et des exigences d'emballage lorsque l'application exige une propreté contrôlée des fluides.
Les exigences spécifiques de propreté devraient être définies par la spécification du système.
25. La perte de pression et la taille du tuyau devraient être évaluées ensemble
Choisir un tuyau plus grand peut réduire la résistance hydraulique dans les conditions appropriées, mais il peut également affecter l'espace d'installation et le routage.
Choisir un tuyau plus petit peut simplifier l'acheminement dans certains cas, mais peut augmenter la vitesse d'écoulement et la perte de pression.
C'est pourquoi le diamètre du tuyau devrait être choisi dans le cadre d'un compromis au niveau du système.
26. Le routage du tuyau peut affecter la fiabilité du système
Même lorsque le matériau du tuyau et l'indice de pression sont appropriés, un mauvais routage peut créer des problèmes mécaniques.
Les problèmes d'acheminement communs comprennent :
- flexion excessive
- Kinage
- Twisting
- Contact avec les bords aigus
- Autorisation de service insuffisante
- Tension excessive
Un tracé contrôlé réduit ces risques et facilite l'inspection.
27. L'assemblée complète du tuyau devrait être envisagée
Pour les applications de refroidissement HPC, le composant technique final peut être un ensemble de tuyau complet plutôt qu'une longueur de tuyau individuelle.
L'assemblage peut comprendre:
- Construction de tuyau spécifiée
- Longueur définie du tuyau
- Accessoires d'extrémité
- Raccords UQD
- Orientation de la connexion
- Méthode de montage
Ces éléments doivent être évalués ensemble avant que l'assemblage ne soit libéré pour utilisation de production.
28. Essais et vérification
Les exigences d'essai dépendent de l'application et des spécifications du système.
Pour les tuyaux de refroidissement liquide, les vérifications pertinentes peuvent comprendre des essais de pression, des essais d'étanchéité, des contrôles dimensionnels et d'autres contrôles de performance définis par le projet.
L'essai de l'assemblage fini est particulièrement important car le raccordement entre le tuyau et le raccord fait partie de la trajectoire finale du fluide.
Voir:
29. Liste de vérification pratique de la sélection du tuyau HPC
| Paramètre | Questions techniques |
|---|---|
| Refroidisseur | Le matériau du tuyau est-il compatible avec le liquide de refroidissement? |
| Débit | Le tuyau peut-il fournir le débit de liquide de refroidissement requis? |
| Diamètre intérieur | La perte de pression est-elle acceptable au débit requis? |
| Pression | L'ensemble complet satisfait-il aux exigences en matière de pression? |
| Température | Le matériau couvre-t-il la plage de fonctionnement réelle? |
| Flexibilité | Le tuyau peut-il suivre l'itinéraire prévu? |
| Rayon de courbure | Le tuyau peut-il rester dans le rayon de virage minimal spécifié? |
| Connexions | Les raccords et les connexions UQD sont-ils compatibles ? |
| Longueur | Le tuyau permet-il l'installation et le mouvement de service? |
| Essais | L'ensemble complété peut-il être vérifié conformément aux spécifications du système? |
30. Erreurs de sélection du tuyau de refroidissement liquide HPC
Plusieurs problèmes peuvent être évités en traitant le tuyau comme faisant partie du système de refroidissement complet.
- Sélection d'un tuyau uniquement à partir du diamètre de connexion
- Ignorer la chute de pression
- Ignorant la compatibilité du liquide de refroidissement
- Utiliser un rayon de virage trop petit
- Installation de tuyaux sous tension
- Utilisation d'une longueur excessive de tuyau
- Ne pas considérer la compatibilité appropriée
- Ignorer l'accès à la maintenance
- Essai du tuyau mais pas de l'ensemble terminé
D'autres questions de sélection sont abordées dans :
Erreurs courantes lors de la sélection des centres de données AI pour le refroidissement liquide .
31. Refroidissement HPC et AI GPU ont des exigences de tuyau similaires
Les systèmes HPC et les serveurs GPU AI peuvent partager de nombreuses des mêmes considérations techniques de refroidissement liquide.
Les deux peuvent comprendre du matériel informatique à haute densité, des plaques froides, des collecteurs, des systèmes de distribution de liquide de refroidissement et des flexibles flexibles.
Toutefois, les besoins réels dépendent de l'architecture du système, de la charge thermique, du liquide de refroidissement et de l'environnement d'installation.
La sélection du tuyau doit donc être basée sur l'application individuelle plutôt que sur l'hypothèse qu'une configuration convient à chaque serveur HPC ou AI.
Pour les considérations spécifiques à l'IA GPU, voir:
Refroidissement liquide pour serveurs GPU AI : considérations techniques .
32. Solutions de tuyau de refroidissement liquide CJAN
CJAN développe et fournit des solutions flexibles de tuyaux pour les applications de refroidissement liquide où la compatibilité des matériaux, les exigences en matière de débit, la performance en pression, la flexibilité d'acheminement et la configuration de raccordement doivent être considérées ensemble.
Les tuyaux de refroidissement liquides CJAN pertinents comprennent :
- Tuyau de refroidissement liquide LCH
- Tuyau de refroidissement liquide LCH-SD
- Tuyau de refroidissement liquide LCH-SDS
Le produit approprié doit être choisi en fonction des exigences réelles en matière de liquide de refroidissement, de pression, de température, de débit, de routage et de raccordement.
Voir l'aperçu de la demande:
CJAN Solutions de refroidissement liquide .
33. Construire la spécification du tuyau avant l'approvisionnement
Dans le cas d'un projet de refroidissement HPC, la spécification du tuyau doit être établie avant l'achat.
Une spécification pratique peut inclure:
- Matériau du tuyau
- Construction du tuyau
- Diamètre intérieur
- Diamètre extérieur
- Longueur requise
- Température de fonctionnement
- Pression de fonctionnement
- Débit requis
- Compatibilité du liquide de refroidissement
- Rayon de virage minimal
- Configuration du montage final
- Exigences en matière de QUQD
- Exigences relatives aux essais
Cela crée une base technique plus claire pour l'évaluation des fournisseurs et réduit le risque de choisir un tuyau uniquement sur la base d'une description générale du produit.
34. Conclusion
Les tuyaux de refroidissement liquides constituent une partie importante des systèmes de gestion thermique HPC.
Le tuyau doit supporter le débit de liquide de refroidissement requis tout en fonctionnant dans la plage de pression et de température spécifiée. En même temps, il doit être compatible avec le liquide de refroidissement et adapté aux contraintes physiques de l'équipement.
Les ingénieurs devraient donc évaluer le tuyau dans le cadre du circuit de refroidissement complet.
Les principales considérations sont les suivantes :
- Compatibilité du liquide de refroidissement
- Débit
- Diamètre intérieur
- Perte de pression
- Pression nominale
- Plage de température
- Matériel et construction
- Renforcement
- Rayon de courbure
- Longueur du tuyau
- Raccords et connexions UQD
- Routage
- Accès à l'entretien
- Essais de montage
En savoir plus sur CJAN solutions de tuyau de refroidissement liquide .
