Raffreddamento diretto sul chip vs raffreddamento a immersione: requisiti di tubazioni per i data center dedicati all’intelligenza artificiale

Due architetture, due serie di regole relative alle tubazioni

Prima di specificare una singola lunghezza di tubo, è utile chiarire quale sia l’effettivo impatto di ciascun metodo sul percorso del fluido. Entrambi risolvono lo stesso problema termico, ma lo fanno in modi che comportano requisiti molto diversi per i tubi in acciaio inossidabile, i giunti e i raccordi che tengono insieme l’impianto.

Il Direct-to-chip (DTC) in sintesi

Il raffreddamento diretto sul chip prevede la circolazione di un fluido refrigerante a base di acqua e glicole attraverso piastre di raffreddamento montate direttamente sui processori. Il fluido scorre attraverso collettori, gruppi di tubi flessibili e le tubazioni dell’impianto fino a un’unità di distribuzione del refrigerante (CDU), che dissipa il calore nel circuito dell’acqua refrigerata dell’edificio. Si tratta dell’approccio predominante nelle attuali configurazioni di calcolo accelerato ed è l’architettura su cui si basano la maggior parte dei progetti di riferimento.

Il raffreddamento per immersione in sintesi

Il raffreddamento ad immersione consiste nell’immergere le schede di calcolo in un fluido dielettrico, anziché far circolare il refrigerante attraverso piastre di raffreddamento metalliche. I fluidi monofase rimangono liquidi per tutto il processo; i fluidi bifase entrano in ebollizione a bassa temperatura e assorbono il calore attraverso il cambiamento di fase. Questo sistema elimina la necessità dei collettori integrati nel chip, ma introduce una serie diversa di requisiti relativi alla gestione dei fluidi, al contenimento e ai collegamenti che il progetto delle tubazioni deve tenere in considerazione.

Entrambe le traiettorie stanno crescendo contemporaneamente. Gli analisti del settore hanno stimato il valore del segmento globale del raffreddamento a immersione a circa $490 milioni nel 2024 e prevedono un tasso di crescita annuale composto vicino al 23% fino alla fine del decennio, mentre il sistema "direct-to-chip" continua a rappresentare la maggior parte del volume di implementazione a breve termine. Per i team che progettano e installano questi sistemi, ciò significa che ci si aspetta sempre più che ne comprendano entrambi — non solo quello che rientra nell’ambito di questo trimestre.

Tubi in acciaio inossidabile 304 e 316: i tipi di acciaio con cui vengono realizzati la maggior parte dei circuiti degli impianti.

Cosa richiede il raffreddamento diretto sul chip alle vostre tubazioni

Un circuito diretto al chip funziona in genere a una pressione moderata dell’impianto — spesso compresa tra 30 e 60 PSI — con temperature del refrigerante che variano da circa 15 °C in mandata a 45 °C o più in ritorno. La concentrazione di glicole, solitamente glicole propilenico, influisce su ogni punto di collegamento flessibile e determina quattro requisiti che è necessario tenere in considerazione in fase di progettazione.

Tolleranza ai cicli termici

Ad ogni avvio, spegnimento e variazione del carico di lavoro, si verifica un ciclo di alternanza tra la temperatura ambiente e quella di esercizio. Si tratta di centinaia di eventi di espansione e contrazione all’anno che interessano ogni tratto di tubazione, ogni raccordo del collettore e ogni giunto flessibile. I giunti di dilatazione in gomma omologati sono in grado di sopportare tali sollecitazioni; i componenti generici di tipo HVAC, invece, si usurano più rapidamente di quanto ci si potrebbe aspettare.

Compatibilità con il glicole

Il glicole propilenico, a concentrazioni e temperature elevate, è più aggressivo sugli elastomeri rispetto alla semplice acqua. Ogni raccordo e ogni tubo di giunzione deve essere omologato per l’uso con il glicole, non semplicemente “compatibile con l’acqua”. L’EPDM è lo standard per i circuiti a glicole, così come l’acciaio 304/316L tubo senza saldatura in acciaio inox ti offre una struttura portante pulita e saldabile, in grado di resistere alla corrosione tipica di questo ambiente.

Isolamento dalle vibrazioni su ogni pompa

Le pompe CDU, le pompe per acqua refrigerata e i circolatori secondari sono tutte fonti di vibrazioni. I raccordi delle pompe devono assorbire i movimenti assiali, laterali e angolari senza trasmettere tale energia ai collegamenti del collettore brasati o saldati — proprio dove non si desidera che si accumulino sollecitazioni da fatica.

Posizionamento dell'ancoraggio e della guida

I percorsi dei tubi DTC sono spesso più lunghi di quanto sembri sulla carta: dalla CDU all’impianto di refrigerazione, lungo i montanti, attraverso le sale dati. Ogni percorso richiede un sistema di guida e ancoraggio che convogli la dilatazione termica nei giunti di dilatazione. Se si tralascia questo sistema, i giunti assorbono forze per le quali non sono stati dimensionati.

Cosa richiede il raffreddamento ad immersione alle vostre tubazioni

Il sistema a immersione sostituisce la miscela acqua-glicole con un fluido dielettrico: un idrocarburo sintetico nel funzionamento monofase o un fluorocarburo in quello bifase. Questo singolo cambiamento ridefinisce le regole relative ai materiali per l’intero percorso del fluido.

La compatibilità chimica è il primo vincolo

I fluidi dielettrici sono solventi aggressivi per molti elastomeri comuni. L’EPDM standard, il neoprene e il nitrile possono rigonfiarsi, ammorbidirsi o dissolversi al contatto. È necessario utilizzare fluoroelastomeri (FKM/Viton) e componenti rivestiti in PTFE lungo l’intero percorso, poiché una singola guarnizione incompatibile può contaminare l’intero serbatoio. È qui che un tubo in acciaio inossidabile con lega di nichel Il programma si dimostra all'altezza: la lega resiste agli agenti chimici aggressivi, garantendo al contempo che il circuito rimanga saldabile e tracciabile.

Una pressione inferiore non significa standard inferiori

I circuiti di immersione operano spesso a pressioni inferiori a 20 PSI, inferiori a quelle di un impianto ad acqua refrigerata DTC. Tuttavia, la compatibilità chimica ha la precedenza sul valore della pressione. Un raccordo a bassa pressione realizzato con un materiale non idoneo si guasterà prima di un raccordo ad alta pressione realizzato con il materiale giusto.

Il costo dei fluidi determina una politica di tolleranza zero in materia di perdite

Il fluido dielettrico può variare da $15 a $80-plus per litro, e un singolo serbatoio del rack contiene diverse centinaia di litri. Qualsiasi perdita comporta un costo di migliaia di dollari in materiale, oltre alla necessità di svuotare completamente il serbatoio, pulirlo e riempirlo nuovamente. Ciò spinge a privilegiare giunti di dilatazione in metallo, tubi flessibili rivestiti in PTFE e raccordi saldati o flangiati piuttosto che raccordi a innesto.

I collegamenti degli scambiatori di calore richiedono particolare attenzione

Il calore passa dal circuito dielettrico attraverso uno scambiatore di calore al circuito dell'acqua dell'impianto. I raccordi flessibili presenti in tale punto di interfaccia sono a contatto, da un lato, con il fluido dielettrico e, dall'altro, con l'acqua trattata o il glicole; pertanto, i raccordi bimateriale o rivestiti in PTFE rappresentano la soluzione più sicura. Se si commette un errore, si rischia di contaminare uno dei due circuiti.

Scelta dei materiali: perché l’acciaio inossidabile è al centro del dibattito

Qualunque sia l’architettura che si implementi, la lega che costituisce il tubo svolge un lavoro silenzioso e duraturo. La crescita dei sistemi di calcolo ad alta densità ha portato l’acciaio inossidabile resistente alla corrosione e i giunti ad alta affidabilità al centro della progettazione degli impianti, e la qualità scelta costituisce la base di riferimento per tutto il resto.

Per le interfacce più corrosive, è disponibile un’opzione in lega ad alto tenore, come ad esempio un Tubo in acciaio inossidabile 254SMO offre una resistenza pari a quella dell'acciaio 6Mo, pur mantenendo le stesse caratteristiche di saldabilità e tracciabilità dell'acciaio inossidabile standard. Laddove occorre la resistenza del duplex sotto forma di tubi, un Tubo in acciaio duplex SAF2507 è una specifica comune. E per i lavori di precisione all’interno dei collettori, il nostro tubo capillare in acciaio inox La riga garantisce la coerenza di tali collegamenti.

Raccordi e tubi predisposti per la lavorazione: il metodo di giunzione è importante quanto la lega.

La configurazione ibrida è ora quella predefinita

L'ipotesi che una struttura sia interamente “direct-to-chip” o interamente “a immersione” è sempre più superata. È più probabile che, man mano che la tecnologia matura, si veda il sistema “direct-to-chip” sui rack delle GPU, l’acqua refrigerata convenzionale per lo storage e le reti, e una capacità riservata all’immersione. Questa realtà ibrida è di per sé un segnale della rapidità con cui viene implementata la capacità di calcolo accelerato — e modifica il vostro progetto di tubazioni in un aspetto importante.

La vostra infrastruttura deve ora supportare diversi tipi di fluidi, diversi livelli di pressione e diverse regole di compatibilità dei materiali, talvolta all’interno dello stesso piano. I giunti di dilatazione, i raccordi flessibili e i raccordi delle pompe devono essere specificati per ogni circuito, non per l’intera struttura. Una specifica generica valida per il circuito HVAC ad acqua refrigerata non sarà adatta al circuito di immersione dielettrica, e lo stesso vale anche nel caso opposto. Dal punto di vista degli appalti, ciò giustifica la scelta di un fornitore in grado di fornire EPDM per il glicole, FKM e PTFE per i sistemi dielettrici e soffietti in acciaio inossidabile per applicazioni ad alta affidabilità — da un unico fornitore, con documentazione coerente.

Decisioni relative alle specifiche che non è possibile revocare sul campo

Alcune scelte sono facili da correggere dopo la messa in servizio: basta sostituire una guarnizione, serrare nuovamente una flangia o sostituire un tubo flessibile. Altre, invece, sono di fatto definitive fin dal momento del getto. Consideratele come scelte progettuali, non come adeguamenti da effettuare in cantiere.

Il materiale dei giunti di dilatazione è permanente

Una guarnizione in EPDM installata in un tratto che in seguito diventerà un circuito dielettrico deve essere rimossa e sostituita: non è possibile effettuare alcun intervento di adeguamento in loco. Se in seguito dovesse essere possibile l’immersione, specificare PTFE o FKM in qualsiasi tratto che possa trasportare fluido dielettrico, anche se inizialmente si utilizza una miscela acqua-glicole.

La distanza tra gli ancoraggi e le guide è di natura strutturale

Gli ancoraggi delle tubazioni vengono saldati o fissati con bulloni all’acciaio strutturale. Spostarli comporta una modifica strutturale, non una semplice regolazione delle tubazioni. Una spaziatura errata fa sì che i giunti di dilatazione assorbano movimenti per i quali non sono stati progettati.

Il dimensionamento dei raccordi delle pompe richiede un margine di sicurezza

Un raccordo che funziona a malapena a 45 PSI non sarà in grado di funzionare in un sistema potenziato a 60 PSI dopo l'aumento della capacità. Prevedere un margine di sicurezza sia nella pressione nominale che nella capacità di movimento è più economico che sostituirlo a metà del suo ciclo di vita.

In che modo Kaixin supporta il vostro programma di tubazioni di raffreddamento

Kaixin (Wenzhou Kaixin Metal Co., Ltd.) è un produttore diretto di tubi e condutture in acciaio inossidabile che serve clienti in oltre 130 paesi, con sistemi di qualità certificati ISO 9001 e attività interne di produzione, collaudo e ricerca e sviluppo. Collaboriamo con appaltatori MEP, ingegneri progettisti e team di approvvigionamento per fornire supporto nella definizione delle specifiche, nella realizzazione di dimensioni personalizzate e nella consegna rapida, in linea con le tempistiche serrate richieste da questi progetti — dai tubi senza saldatura 304/316L alle gamme in acciaio duplex e in leghe di nichel.

Domande frequenti

Risorse correlate

Continua a definire le tue specifiche attingendo dalla nostra libreria tecnica esistente:

• Perché i tubi in acciaio inossidabile 304 e 316 sono più utilizzati rispetto ad altri tipi
• 7 motivi per passare ai tubi in acciaio inossidabile per le vostre tubazioni
• Comprendere i diversi tipi di raccordi per tubi
• Tabella delle classi dei tubi: una guida completa