Dengan meningkatnya permintaan akan kecerdasan buatan (AI) dan peningkatan kepadatan daya, pusat data menghadapi tantangan manajemen termal yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pemantauan suhu real-time yang akurat diperlukan untuk mengoptimalkan kinerja dan efisiensi sekaligus mencegah panas berlebih. Solusi deteksi ini harus akurat, responsif, kuat, dan mampu mengatasi perubahan beban termal yang cepat pada perangkat dengan sensitivitas tinggi.
Artikel ini akan mengeksplorasi tantangan manajemen termal yang dihadapi oleh perancang pusat data AI modern, dan memberikan analisis mendetail tentang berbagai sistem pendingin, termasuk AC, pendingin imersi, dan solusi manajemen termal. Kemudian, perkenalkan solusi termistor koefisien suhu negatif (NTC) dari EPCOS (TDK) dan jelaskan cara memanfaatkan solusi ini untuk mengatasi tantangan manajemen termal.
Mengapa pusat data AI akan menghadirkan tantangan manajemen termal baru?
Perangkat keras AI seperti unit pemrosesan grafis (GPU) dan unit pemrosesan tensor (TPU) biasanya mengonsumsi lebih banyak daya dibandingkan unit pemrosesan pusat (CPU) tradisional. Oleh karena itu, pusat data yang berfokus pada AI seringkali memiliki kepadatan daya yang relatif tinggi dan hotspot yang terkonsentrasi, sehingga sulit untuk dikelola menggunakan metode pendinginan tradisional.
Lebih buruk lagi, beban kerja AI seringkali sangat bervariasi, dan selama pelatihan penguatan atau operasi inferensi, beban termal dapat meningkat dengan cepat. Jika manajemen termal yang tepat tidak dilakukan, situasi ini dapat menyebabkan penurunan kinerja, waktu henti yang tidak direncanakan, dan penurunan akselerasi perangkat keras.
Untuk memenuhi tuntutan yang muncul ini, metode pendinginan yang lebih canggih perlu diterapkan pada pusat data. Pendinginan chip langsung adalah metode pendinginan yang umum. Teknologi ini menyelaraskan pipa pendingin, pelat dingin, atau penukar panas secara langsung dengan perangkat berdaya tinggi seperti CPU, GPU, dan memori. Selain itu, metode pendinginan perendaman juga dapat dipilih, yaitu dengan merendam seluruh server dalam cairan non-konduktif.
AC juga mengalami berbagai peningkatan. Misalnya, unit pendingin antar baris dan unit pendingin internal di dalam kabinet dapat memberikan pendinginan zona berdasarkan sistem pengkondisian udara ruang komputer secara keseluruhan, yaitu merespons masalah panas berlebih lokal secara real-time.
Meskipun kondisi spesifik dari sistem pendingin ini berbeda-beda, semuanya mendorong permintaan akan pemantauan suhu dengan distribusi yang lebih luas dan respons yang lebih cepat. Artikel ini mengambil contoh sistem pendingin chip yang terhubung langsung. Setiap chip target perlu dilengkapi dengan sensor heat sink untuk memastikan standar suhu tetap terjaga. Aliran masuk cairan pendingin perlu dipantau melalui sensor yang dipasang di pipa, dan sensor lain perlu dipasang pada perangkat distribusi cairan pendingin dan penukar panas untuk memastikan pengoperasian sistem yang efisien.
Keunggulan sensor termistor NTC pada aplikasi pusat data
Termistor NTC dapat memenuhi semua persyaratan ini. Seperti namanya, resistansi sensor NTC menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Sedangkan untuk termistor NTC, hal ini dicapai melalui elemen keramik oksida termosensitif kecil yang dibungkus dalam wadah logam pelindung atau resin epoksi.
Gambar 1 menunjukkan kurva resistansi suhu khas termistor dengan resistansi pengenal 2-5 k Ω pada 25°C. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, semakin besar resistansi, semakin cocok termistor untuk aplikasi suhu tinggi karena perubahan resistansi lebih mudah diukur.
Grafik kurva ketahanan suhu yang khas
Gambar 1: Kurva resistansi suhu tipikal termistor dengan nilai pengenal 2 k Ω hingga 5 k Ω pada 25 ° C. (Sumber gambar: EPCOS (TDK))
Keuntungan yang dibawa termistor NTC ke pusat data AI antara lain
Presisi tinggi dan respons cepat: sangat sensitif terhadap sedikit perubahan suhu, dan karena massa termal yang kecil, kecepatan responsnya cepat. Fitur-fitur ini memungkinkan termistor NTC secara efektif memenuhi kebutuhan termal pusat data AI yang berfluktuasi dengan cepat.
Daya tahan dan stabilitas: Terbuat dari bahan yang kokoh, memiliki keandalan jangka panjang yang sangat baik dan ketahanan minimal terhadap penyimpangan seiring waktu. Stabilitas ini meminimalkan kebutuhan pemeliharaan dan mengurangi risiko waktu henti yang tidak terduga semaksimal mungkin.
Ukuran ringkas dan pemasangan fleksibel: Dengan ukurannya yang kecil, perangkat ini dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam lingkungan pusat data intensif perangkat dengan ruang terbatas. Dengan berbagai bentuk, produk ini dapat memenuhi beragam kebutuhan sistem pendingin di pusat data kecerdasan buatan.
Seri termistor EPCOS NTC sepenuhnya mewujudkan keunggulan ini. Seri produk ini mencakup solusi untuk memantau radiator dan saluran pipa, sistem pendingin terendam, dan unit penanganan udara.
Memantau komponen berdaya tinggi menggunakan termistor NTC yang dipasang pada unit pendingin
Prosesor berdaya tinggi seperti GPU dan TPU memerlukan pemantauan termal yang ketat untuk menjaga kinerja dan mencegah panas berlebih. B57703M0103G040 (Gambar 2) digunakan untuk pemasangan langsung pada heat sink, sehingga sangat cocok untuk tugas ini. Sensor tetap sekrup ini merangkum termistor NTC dalam wadah tag logam dengan telinga cincin yang menonjol.
Termistor Terminal Lingkaran EPCOS B57703M0103G040
Gambar 2: Termistor sambungan cincin B57703M0103G040 dapat mencapai pemantauan suhu yang tepat dari heat sink prosesor berdaya tinggi. (Sumber gambar: EPCOS (TDK))
Desain sensor tetap sekrup nyaman dan penting, memastikan sambungan termal yang baik dengan permukaan unit pendingin dan tekanan kontak yang konsisten, sehingga mengurangi hambatan termal dan meningkatkan akurasi pengukuran saat beban berubah dengan cepat.
Sensor ini telah lulus uji stabilitas jangka panjang selama 10.000 jam pada suhu+70 °C dan dapat digunakan dalam kondisi suhu tinggi yang biasa ditemukan pada beban kerja pusat data AI. Resistansi terukur sensor pada+25 °C adalah 10 k Ω, memberikan dasar yang andal untuk mengukur suhu pengoperasian yang lebih tinggi dan umpan balik yang akurat untuk sistem kontrol suhu.