인공 지능(AI)에 대한 수요가 증가하고 전력 밀도가 향상됨에 따라 데이터 센터는 전례 없는 열 관리 문제에 직면해 있습니다. 과열을 방지하면서 성능과 효율성을 최적화하려면 정확한 실시간 온도 모니터링이 필요합니다. 이러한 감지 솔루션은 정확하고, 반응성이 뛰어나고, 견고해야 하며, 고감도 장치에서 빠르게 변화하는 열 부하에 대처할 수 있어야 합니다.
이 기사에서는 최신 AI 데이터 센터 설계자가 직면한 열 관리 문제를 살펴보고 공조, 침수 냉각, 열 관리 솔루션을 포함한 다양한 냉각 시스템에 대한 자세한 분석을 제공합니다. 그런 다음 EPCOS(TDK)의 NTC(부온도 계수) 서미스터 솔루션을 소개하고 이러한 솔루션을 활용하여 열 관리 문제를 해결하는 방법을 설명합니다.
AI 데이터 센터가 새로운 열 관리 문제를 야기하는 이유는 무엇입니까?
그래픽 처리 장치(GPU) 및 텐서 처리 장치(TPU)와 같은 AI 하드웨어는 일반적으로 기존 중앙 처리 장치(CPU)보다 훨씬 더 많은 전력을 소비합니다. 따라서 AI에 중점을 둔 데이터 센터는 상대적으로 전력 밀도가 높고 핫스팟이 집중되어 있어 기존 냉각 방법을 사용하여 관리하기 어려운 경우가 많습니다.
더 나쁜 것은 AI 워크로드가 크게 달라지는 경우가 많으며 강화 훈련이나 추론 작업 중에 열 부하가 급격히 증가할 수 있다는 것입니다. 적절한 열 관리가 수행되지 않으면 이러한 상황은 성능 저하, 계획되지 않은 가동 중지 시간 및 하드웨어 가속 저하로 이어질 수 있습니다.
이러한 새로운 요구 사항을 충족하려면 데이터 센터에 더욱 발전된 냉각 방법을 채택해야 합니다. 직접 칩 냉각은 일반적인 냉각 방법입니다. 이 기술은 냉각 파이프, 냉각판 또는 열교환기를 CPU, GPU, 메모리와 같은 고전력 장치에 직접 정렬합니다. 또한 서버 전체를 비전도성 액체에 담그는 침지 냉각 방식도 선택할 수 있습니다.
에어컨도 다양한 업그레이드를 진행하고 있습니다. 예를 들어, 행간 냉각 장치와 캐비닛에 내장된 냉각 장치는 전체 컴퓨터실 공조 시스템을 기반으로 구역 냉각을 제공할 수 있습니다. 즉, 국지적 과열 문제에 실시간으로 대응할 수 있습니다.
이러한 냉각 시스템의 특정 조건은 다양하지만 모두 더 넓은 분포와 더 빠른 응답으로 온도 모니터링에 대한 수요를 촉진합니다. 이 기사에서는 직접 연결된 칩 냉각 시스템을 예로 들어 설명합니다. 각 대상 칩에는 온도 표준이 유지되도록 방열판 센서가 장착되어 있어야 합니다. 파이프라인에 장착된 센서를 통해 냉각수 유입을 모니터링해야 하며, 시스템의 효율적인 작동을 보장하기 위해 냉각수 분배 장치 및 열교환기에 기타 센서를 설치해야 합니다.
데이터 센터 애플리케이션에서 NTC 서미스터 센서의 장점
NTC 서미스터는 이러한 모든 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 NTC 센서의 저항은 온도가 증가함에 따라 감소합니다. NTC 서미스터의 경우 이는 보호 금속 또는 에폭시 수지 케이스에 둘러싸인 작은 감열성 산화물 세라믹 요소를 통해 달성됩니다.
그림 1은 25°C에서 정격 저항이 2~5kΩ인 서미스터의 일반적인 온도 저항 곡선을 보여줍니다. 그림에 표시된 것처럼 저항이 클수록 저항 변화를 측정하기가 더 쉽기 때문에 서미스터는 고온 애플리케이션에 더 적합합니다.
일반적인 온도 저항 곡선 그래프
그림 1: 25°C에서 정격 값이 2kΩ ~ 5kΩ인 서미스터의 일반적인 온도 저항 곡선(이미지 출처: EPCOS(TDK))
NTC 서미스터가 AI 데이터 센터에 가져오는 이점은 다음과 같습니다.
높은 정밀도 및 빠른 응답: 약간의 온도 변화에 매우 민감하고 열 질량이 작기 때문에 응답 속도가 빠릅니다. 이러한 기능을 통해 NTC 서미스터는 AI 데이터 센터의 급변하는 열 수요를 효과적으로 충족할 수 있습니다.
내구성 및 안정성: 견고한 소재로 제작되어 장기적 신뢰성이 뛰어나고 시간이 지남에 따라 저항 드리프트가 최소화됩니다. 이러한 안정성은 유지 관리 요구 사항을 최소화하고 예상치 못한 가동 중지 시간의 위험을 최대한 줄여줍니다.
컴팩트한 크기 및 유연한 설치: 작은 크기로 공간이 제한된 장치 집약적인 데이터 센터 환경에 쉽게 통합될 수 있습니다. 다양한 형태를 특징으로 하는 이 제품은 인공 지능 데이터 센터의 냉각 시스템에 대한 다양한 요구를 충족할 수 있습니다.
EPCOS NTC 서미스터 시리즈는 이러한 장점을 완벽하게 구현합니다. 이 제품 시리즈에는 라디에이터 및 파이프라인, 수중 냉각 시스템 및 공기 조화 장치를 모니터링하기 위한 솔루션이 포함되어 있습니다.
방열판에 설치된 NTC 서미스터를 사용하여 고전력 부품 모니터링
GPU 및 TPU와 같은 고전력 프로세서는 성능을 유지하고 과열을 방지하기 위해 엄격한 열 모니터링이 필요합니다. B57703M0103G040(그림 2)은 방열판에 직접 설치하는 데 사용되므로 이 작업에 매우 적합합니다. 이 나사 고정 센서는 돌출된 링 이어가 있는 금속 태그 하우징에 NTC 서미스터를 캡슐화합니다.
EPCOS B57703M0103G040 루프 터미널 서미스터
그림 2: B57703M0103G040 링 접합 서미스터는 고전력 프로세서 방열판의 정확한 온도 모니터링을 달성할 수 있습니다. (이미지 출처: EPCOS(TDK))
나사 고정 센서의 설계는 편리하면서도 중요합니다. 방열판 표면과의 우수한 열 결합 및 일관된 접촉 압력을 보장하여 부하가 급격하게 변할 때 열 저항을 줄이고 측정 정확도를 향상시킵니다.
이 센서는 +70°C의 온도에서 10,000시간의 장기 안정성 테스트를 통과했으며 AI 데이터 센터 워크로드에서 흔히 볼 수 있는 고온 조건에서 사용할 수 있습니다. +25°C에서 센서의 정격 저항은 10kΩ이며, 이는 더 높은 작동 온도를 측정하고 온도 제어 시스템에 대한 정확한 피드백을 위한 신뢰할 수 있는 기반을 제공합니다.
NTC 서미스터를 사용한 액체 냉각 파이프라인 모니터링
액체 냉각 시스템은 적절한 온도에서 냉각수를 지속적으로 공급해야 합니다. B58100A0506A000(그림 3)은 파이프라인에 빠르게 설치할 수 있는 10kΩ NTC 서미스터이며 냉각수 공급 라인을 모니터링하는 데 이상적인 선택입니다. 이 성형 부품은 직경 18mm~19mm의 파이프에 직접 고정할 수 있으며, 다양한 설치 상황에 따라 다른 크기의 파이프에 맞게 조정할 수도 있습니다. 내장된 볼록 접점을 모니터링 장비에 직접 연결할 수 있습니다.