Phá vỡ các rào cản về nhiệt: Thử nghiệm khả năng làm mát máy chủ hai pha của ZutaCore

Khả năng làm mát hai pha của ZutaCore trên máy chủ Supermicro với AMD EPYC, mang lại khả năng làm mát, hiệu quả được cải thiện và hiệu suất phá kỷ lục.

Là một phần trong quá trình đánh giá liên tục của chúng tôi về các công nghệ làm mát tiên tiến dành cho máy chủ hiệu suất cao, chúng tôi đã thử nghiệm giải pháp làm mát hai pha trực tiếp đến chip (DTC) ZutaCore® trên máy chủ Supermicro với CPU AMD EPYC Bergamo kép. Thử nghiệm này diễn ra tại trung tâm dữ liệu Centersquare ở Reading, Berkshire, Vương quốc Anh, với sự cộng tác của nhà tích hợp Boston Limited.



Sự cần thiết của giải pháp làm mát hiệu quả

Khi CPU tiếp tục tăng về số lượng lõi và mức tiêu thụ điện năng, các giải pháp làm mát không khí truyền thống gặp khó khăn trong việc bắt kịp nhu cầu nhiệt của các bộ xử lý tiên tiến. Điều này đặc biệt rõ ràng trong các nút điện toán mật độ cao, nơi các phương pháp làm mát không khí không quản lý hiệu quả lượng nhiệt đáng kể do CPU đa lõi hiệu suất cao tạo ra, chẳng hạn như EPYC Bergamo 128 lõi của AMD.

Khi những bộ xử lý mạnh mẽ này tạo ra lượng nhiệt đáng kể, những hạn chế của việc làm mát không khí trở nên rõ ràng hơn. Ngay cả những bộ tản nhiệt tiên tiến nhất cũng phải đối mặt với những thách thức trong việc duy trì hiệu suất nhiệt tối ưu mà không gây thêm tiếng ồn hoặc tiêu thụ quá nhiều điện năng.

Dự án này xoay quanh việc nâng cấp khung gầm Supermicro ổ cắm kép từ làm mát không khí truyền thống lên giải pháp DTC hai pha của ZutaCore. Chúng tôi đã thử nghiệm quá trình chuyển đổi trước của hệ thống, nhận thấy những hạn chế đáng kể về hiệu quả làm mát và đo điểm chuẩn cho máy chủ sau khi cài đặt DTC.

Cài đặt phần cứng

Hệ thống thử nghiệm có khung Supermicro 1U với CPU AMD EPYC Bergamo kép, mỗi CPU có 128 lõi. Với 256 lõi bên trong và 768GB RAM, máy chủ này được thiết kế để xử lý khối lượng công việc dày đặc, đặc biệt là trong môi trường AI và sử dụng nhiều dữ liệu. Tuy nhiên, ngay cả với các tản nhiệt làm mát không khí truyền thống cỡ lớn, hệ thống vẫn gặp khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình kiểm tra sức chịu đựng, dẫn đến hiện tượng tiết lưu nhiệt.

Chúng tôi đã chọn hệ thống làm mát bằng chất lỏng hai pha của ZutaCore để cải thiện khả năng làm mát và nâng cao hiệu suất. Hệ thống cải tiến này sử dụng chất lỏng truyền nhiệt chuyển từ chất lỏng sang hơi trong các tấm lạnh được gắn trực tiếp vào CPU. Sự thay đổi pha này cho phép đạt được hiệu suất nhiệt cao hơn nhiều so với các bộ làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí truyền thống, vì nhiệt ẩn từ quá trình bay hơi chất lỏng giúp hút nhiệt ra khỏi lõi CPU hiệu quả hơn.

Quá trình chuyển đổi

Chuẩn bị máy chủ

Quá trình chuyển đổi bắt đầu bằng việc tháo rời các bộ phận làm mát không khí nguyên bản. Việc loại bỏ các bộ tản nhiệt truyền thống để lộ ra các bộ tản nhiệt nhỏ, dày đặc trên CPU Bergamo, rõ ràng là không đủ kích thước để quản lý tải nhiệt của những con chip ngốn điện này. Trong các thử nghiệm ban đầu, chúng tôi nhận thấy CPU đạt nhiệt độ cao và gặp khó khăn trong việc duy trì hiệu suất khi bị căng thẳng.

Lắp đặt tấm lạnh ZutaCore

Bước tiếp theo là giới thiệu phần cốt lõi của hệ thống làm mát hai pha: các tấm lạnh được thiết kế riêng của ZutaCore. Những tấm lạnh này được lắp các thiết bị bay hơi bên trong cho phép chất lỏng truyền nhiệt hấp thụ nhiệt và bay hơi khi nó đi qua hệ thống. Chất lỏng bay hơi sau đó được đưa trở lại bình ngưng, được làm mát và đưa lại vào hệ thống để tiếp tục chu trình.

Một trong những tính năng hấp dẫn hơn của hệ thống này là khả năng tự điều chỉnh cơ học của nó. Cơ chế phao của mỗi thiết bị bay hơi điều chỉnh lưu lượng chất lỏng truyền nhiệt dựa trên tải nhiệt của CPU. Một hệ thống vòng kín như thế này đảm bảo rằng mỗi CPU nhận được lượng chất lỏng cần thiết mà không cần can thiệp thủ công.

Các tấm lạnh được đặt cẩn thận trên CPU, đảm bảo áp suất ổn định và tiếp xúc nhiệt tối ưu. Ống dẫn chất lỏng truyền nhiệt được nối với các tấm lạnh và chúng tôi đã chạy một loạt thử nghiệm áp suất để đảm bảo không có rò rỉ trước khi tiến hành lắp đặt hoàn chỉnh.

Tích hợp với Hệ thống quản lý nguồn và nhiệt của máy chủ

Thử thách tiếp theo là tích hợp hệ thống làm mát vào cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu rộng hơn. Hệ thống DTC của ZutaCore tích hợp với hệ thống quản lý nhiệt hiện có của máy chủ và cung cấp khả năng kiểm soát nâng cao thông qua phần mềm quản lý làm mát của ZutaCore. Phần mềm này cho phép giám sát thời gian thực các số liệu chính, chẳng hạn như áp suất môi chất lạnh, nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong hệ thống và nhiệt độ điểm nối CPU.

Phần mềm kết nối với IPMI (Giao diện quản lý nền tảng thông minh) của máy chủ, cho phép giám sát và kiểm soát liền mạch các thông số làm mát. Chúng tôi đặc biệt ấn tượng với các chi tiết được cung cấp, bao gồm tốc độ quạt, nhiệt độ hơi và chu kỳ hoạt động của máy bơm. Khả năng hiển thị chi tiết này về quy trình làm mát cho phép tinh chỉnh hiệu suất hệ thống để phù hợp với khối lượng công việc.

Sau khi đưa hệ thống vào bộ phận loại bỏ nhiệt bằng các phụ kiện ngắt kết nối nhanh và nhanh chóng loại bỏ khí trong khí quyển ra khỏi vòng lặp bằng bộ dịch vụ đi kèm, hệ thống đã sẵn sàng bật nguồn.

Điểm nổi bật về hiệu suất

Kết quả trước khi chuyển đổi

Như đã lưu ý ở trên, trước khi chuyển sang hệ thống hai pha của ZutaCore, chúng tôi đã chạy một loạt điểm chuẩn với hệ thống làm mát không khí nguyên bản. Sử dụng khối lượng công việc được thiết kế để gây căng thẳng cho tất cả 256 lõi, hệ thống nhanh chóng đạt đến giới hạn nhiệt, khiến CPU phải điều chỉnh hiệu năng để duy trì nhiệt độ hoạt động an toàn. Tải nặng liên tục khiến nhiệt độ CPU dao động gần 85°C, với tốc độ xung nhịp giảm đáng kể.

Kết quả sau chuyển đổi

Sau khi cài đặt giải pháp DTC, chúng tôi chạy lại các điểm chuẩn đó và kết quả thật ấn tượng. Nhiệt độ CPU khi tải tối đa đã giảm đáng kể, với nhiệt độ cao nhất duy trì dưới 65°C. Quan trọng hơn, điều tiết nhiệt đã được loại bỏ. Hệ thống hai pha giữ cho CPU Bergamo chạy ở tốc độ xung nhịp ổn định cao hơn trong suốt quá trình thử nghiệm.

Không có gì đáng ngạc nhiên khi mức tiêu thụ điện năng của hệ thống giảm xuống do quạt không còn cần phải quay với tốc độ vòng/phút tối đa để bù đắp cho nhiệt độ cao. Hoạt động yên tĩnh hơn ngay lập tức được nhận thấy ngay cả trong môi trường trung tâm dữ liệu ồn ào.

Vì bài tập này nhằm mục đích trải nghiệm thực tế với giải pháp ZutaCore nên tất cả các phép đo đều mang tính chất định tính. Điều đáng chú ý là tại thời điểm quay phim và viết bài, hệ thống Bergamo làm mát bằng ZutaCore đã đạt được một số kỷ lục thế giới trong hạng mục BBP y-cruncher và được xác minh tại HWBot.org.

Hiệu quả năng lượng và làm mát

Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống ZutaCore là khả năng tiết kiệm năng lượng. Việc giảm sự phụ thuộc vào hệ thống làm mát không khí sẽ làm giảm nhu cầu về quạt và điều hòa không khí có tốc độ vòng tua cao, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng trong thực tế. Hơn nữa, hệ thống cho phép máy chủ hoạt động ở nhiệt độ môi trường cao hơn mà không có nguy cơ quá nóng. Tính năng này vô cùng hữu ích đối với các trung tâm dữ liệu đang tìm cách tối ưu hóa PUE (Hiệu quả sử dụng năng lượng) bằng cách tăng nhiệt độ của cơ sở.

Ý nghĩa lâu dài cho trung tâm dữ liệu

Giải pháp làm mát hai pha của ZutaCore quản lý hiệu quả tải nhiệt cao và mang lại lợi ích lâu dài cho các trung tâm dữ liệu. Hiệu quả sử dụng năng lượng được nâng cao và chi phí làm mát thấp hơn có thể khiến nó trở nên quan trọng đối với môi trường điện toán mật độ cao.

Đối với các trung tâm dữ liệu sử dụng bộ xử lý và GPU thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như EPYC của AMD và H100 của NVIDIA, giải pháp làm mát ZutaCore đưa ra một tùy chọn có thể mở rộng để quản lý lượng nhiệt ngày càng tăng mà không yêu cầu thay đổi đáng kể đối với cơ sở hạ tầng hiện có.

Ngoài ra, phương pháp làm mát hai pha khá thân thiện với môi trường. Chất lỏng truyền nhiệt của ZutaCore không độc hại và có GWP (Tiềm năng nóng lên toàn cầu) thấp. Việc sử dụng chất lỏng điện môi đảm bảo rằng, ngay cả trong trường hợp rò rỉ, không có nguy cơ chập điện hoặc hư hỏng thiết bị.

Phần kết luận

Việc chuyển đổi máy chủ AMD EPYC Bergamo kép Supermicro sang giải pháp làm mát trực tiếp trên chip hai pha của ZutaCore đã chứng minh sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất nhiệt, giảm tiếng ồn và tiết kiệm năng lượng. Khi các trung tâm dữ liệu tiếp tục mở rộng quy mô và đẩy các giới hạn về hiệu suất máy chủ, các công nghệ làm mát tiên tiến như ZutaCore mang đến một hướng đi đầy hứa hẹn để quản lý nhu cầu nhiệt ngày càng tăng của môi trường điện toán hiện đại.

Nếu bạn đang vận hành khối lượng công việc mật độ cao và đẩy phần cứng của mình đến giới hạn, việc đầu tư vào các giải pháp làm mát tiên tiến như của ZutaCore có thể cải thiện hiệu suất và tiết kiệm chi phí vận hành về lâu dài.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Boston Limited vì đã cung cấp phần cứng và Centersquare vì đã cung cấp trung tâm dữ liệu!

ZutaCore

Tương tác với StorageReview

Bản tin | YouTube | Podcast iTunes/Spotify | Instagram | Twitter | TikTok | Nguồn cấp dữ liệu RSS

Bài đăng Phá vỡ các rào cản về nhiệt: Kiểm tra khả năng làm mát máy chủ hai pha của ZutaCore xuất hiện đầu tiên trên StorageReview.com.

Xem chi tiết và đăng ký