数据中心冷却：冷水机组杀手？Accelsius两相冷却技术在54℃以上入口温度下的思考

数据中心冷却：冷水机组杀手？关于Accelsius两相冷却在>54摄氏度进水温度下的快速思考。 数据中心冷却空间正随着每周的新进展迅速发展。我们最近发布了一篇关于单相冷却以及CoolIT的15kW冷板可能对市场产生的影响的简报。我们当时的结论是，从长远来看，甚至可能不需要双相冷却（因为15kW冷板提供了大约6倍的当前GPU TDP的热余量）。然而，随着Accelsius最近发布关于双相冷却的白皮书，我们对这一看法略有改变。简单来说，Accelsius在一个测试环境中进行了测试，他们能够在设施用水温度比单相设置高约10摄氏度、且设施用水系统流量相似的情况下，以冷板/TCS回路的1/3流量实现双相冷却性能。 +1 917 344 8543varun.govindaraj@bernsteinsg.com瓦鲁·古文达拉吉 专家销售 +1 917 344 8401steve.song@bernsteinsg.com宋伟 (Sòng Wěi) 这一转变对冷水机组最大的影响。如果您还记得我们之前关于冷水机组的笔记，我们确实承认，在数据中心容量正在增加的大多数地区，干冷器（尤其是带有绝热喷雾辅助的干冷器）可以满足英伟达发布的45摄氏度的入口温度要求。即便如此，我们相信数据中心运营商仍会继续购买冷水机组，主要有三个原因。首先，它提供了针对干冷器可能无法处理的极端天气事件的保障。其次，没有保证45摄氏度的冷却温度将是未来芯片的标准（而冷水机组管理了这一风险）。最后，在已经安装了干冷器之后，再对数据中心加装冷水机组是一个痛苦且具有挑战性的过程。考虑到冷水机组的资本支出（CAPEX）本身不到机架价值的5%（以Blackwell为例），那么超规格配置冷却系统是合理的。然而，正如Accelius声称的能够在54摄氏度（在高流量下增加到59摄氏度）进行冷却，与45摄氏度相比，这相对于单相冷却提供了一个实质性的优势，从而侵蚀了我们上述提出的三个护城河中的两个。首先，当您的温度阈值是54摄氏度而不是45摄氏度时，极端天气事件发生的可能性要低得多；因此，购买保险的需求开始消失。它也削弱了公司购买冷水机组，因为他们认为英伟达*可能*在未来会改变45摄氏度的冷却温度要求这一论点。现在既然冷却在54摄氏度是可能的，公司就有更多的热余量，即使英伟达提高了该阈值，他们也能为未来的芯片代提供两相冷却+干冷器（而不仅仅是冷水机组）。 话虽如此，但这绝非冷水机组（的终结）。白皮书中有诸多需要注意之处。首先，所使用的单相设备是“标准型”，未必是性能最优的，这会拉宽性能范围。其次，该测试是在实验室规模进行的，而非商业规模，因此我们需要经过验证的实际部署结果，才能最终下结论。第三，两相CDU的ΔT似乎在实质上劣于单相替代方案，这在一定程度上缩小了竞争范围。最后，两相技术仍存在尚未解决的工程问题（如气体逆流、控制变量更多、冷却剂最终状态缺乏可见性等）。尽管我们承认这些是具有前景的早期数据，进一步强化了两相制冷的案例，但我们仍认为，两相制冷在实现商业可行性（并消除对冷水机组的需求）之前，还有很长的路要走。 伯恩斯坦行情表 投资影响 我们评级TT超越，TP 555美元我们评级CARR市场表现，TP 75美元我们评级JCI超越，TP 173美元我们评级VRT超越，TP 416美元 细节 上下文 数据中心冷却空间正迅速发展。每周，我们都能看到新进展出现，这些进展对谁将成为长期赢家和输家产生了实际影响。我们最近发布了一篇关于单相冷却以及CoolIT的15kW冷板可能对市场产生的影响的笔记。我们当时的结论是，从长远来看，甚至可能不需要两相冷却（因为一个15kW冷板提供了大约6倍的当前GPU TDP的热头room）。 然而，随着Accelsius关于两相冷却的最新白皮书发布，我们对此的看法略有改变。 摘要：单相与两相DTC冷却对比 在深入细节之前，先简要回顾一下单相冷却与两相冷却的区别。 单相直接转矩控制 目前液冷的主流格式是单相DTC。DTC代表直接到芯片。它涉及冷板（冷板恰如其名，是内部因制冷剂循环而降温的金属板）与GPU接触以提取热量。在冷板内部，液体流经阵列和流道，旨在最大限度地提取GPU产生的热量。冷却液分配单元（CDU）将低温冷却液（在单相设置中通常是水和丙二醇的混合物）泵入冷板，并在服务器完成热量提取后重新收集已使用过的液体。 热量随后从冷却剂中提取出来（使其再次变冷），然后该过程重复进行。它被称为单相冷却，因为冷却剂保持单一相态（液态），并且通过蒸发不会从液态转变为气态。这个循环（即从CDU流经服务器中的冷板）被称为TCS或技术冷却系统。当用过的冷却剂到达CDU时，它会流经一个热交换器，在那里将其热量传递给另一个名为FWS或设施水系统的冷却循环。FWS连接到冷却器或干冷器，将热量排出数据中心。然而，随着机架功率密度持续增加，公众普遍认为单相直接冷却（DTC）已达到其理论上能提取热量的极限。 两相直接转矩控制 顾名思义，两相DTC冷却涉及冷却过程中存在两种物态。在单相DTC中，TCS冷却剂（乙二醇水混合物）在通过冷板进行热量传递的整个过程中始终保持液态。然而，在两相DTC中，冷却剂（另一种非水基化合物）在冷板中先蒸发成气态，然后再冷却成液态并重复循环。蒸发过程能够捕获大量热量，而制冷剂的基态温度变化并不显著。 要理解这一点，我们需要定义几个科学术语：显热和潜热。显热是指在不发生相变的情况下，使物质的温度升高所需的热量。潜热是指在不改变相变物质温度的情况下，使其发生相变（例如，通过蒸发从液态变为气态）所需的热量。 Q = m * c * ΔT，其中 m 为物质的质量，c 为其比热容（即使 1 千克物质温度升高 1 摄氏度所需的热量），ΔT为温度变化。 Q = m * L，其中m仍为物质的质量，而L是特定的“潜”热（即使1千克材料发生相变所需的潜热量）。注意温度变化并不重要，就像与显热一样；这是因为当发生相变时，它是在恒定温度下进行的。如果冷却剂或制冷剂的潜热足够大，它就可以在相对恒定的温度下本质上捕获更多的热负荷，这与显热传递不同。这是在制冷剂压缩循环中应用的相同原理，其中制冷剂在捕获热量时蒸发，并在循环回系统之前冷凝。 伯恩斯坦分析 《Accelsius白皮书》说了什么？ 简而言之，Accelsius 已运行一个测试环境，在该环境中，他们能够以比单相冷板/CDU生态系统高0~10摄氏度的设施用水温度，在相似的流量下实现相当的性能，并且设施用水系统的流量仅为冷板/TC循环流量的三分之一。并且，通过增加流量，这种性能差异被加剧（两相在较高流量下有所改善，而单相则没有改善那么多）。 白皮书从能效角度将此视为一项优势。我们不同意这种说法；无论您使用免费冷却模式的冷水机组还是干冷器，您实际上只是为风扇（而非压缩机）付费，以及 零能耗成本基本可以忽略不计。将FWS温度提高10摄氏度可以在极端天气日提供更多的热余量，但最终仍会将热量排放到环境（该环境总体温和）。如果流量较低，CDU中需要更小的泵，这确实能带来一些能源效益，但在整体大局中，这些效益也微不足道。 我们认为，这里更深远的影响并非在于CDU或冷板，而是在于冷水机组。如果您还记得我们之前关于冷水机组入口的说明，我们确实承认，在大多数数据中心容量正在增加的地区，干冷器（尤其是具有绝热特性的） 0(喷雾辅助) 可满足英伟达发布的进气温度要求，即45摄氏度C（即，不一定需要冷却器）。然而，我们仍然认为数据中心运营商会继续购买冷水机组，主要有三个原因。首先，这能提供针对极端情况的保障。 干燥冷却器可能无法处理的天气事件（否则可运行免费冷却模式以控制成本）。 其次，无法保证45摄氏度的冷却温度将成为未来芯片的标准。最后，在已经安装了干冷器之后，再为数据中心加装冷却器是一个痛苦且具有挑战性的过程。考虑到冷却器的资本支出（CAPEX）本身（以Blackwell为例）不到机架价值的5%，因此，超规格配置冷却系统是合理的。 然而，能够在54℃（在更高流速下升高至59℃）而非45℃时冷却，提供了实质性的优势，这将侵蚀我们已建立的三道防线中的两道。首先，当您的温度阈值是54℃而非45℃时（我们之前已建模），极端天气事件发生的可能性要低得多；因此，购买保险的需求开始消失。想象一下，这是被卡车撞（环境温度在三十几度到四十度出头）与被小行星撞（环境温度在四十几度到五十度出头）之间的区别；两者在日常生活中都不太可能发生，但其中一种发生的可能性远大于另一种。虽然这并非适用于所有地方（沙漠在某些日子仍可能看到温度超过50℃），但它确实在很大程度上消除了 像诺福克（NoVa）这样的市场中的保险争议。 它还削弱了公司购买冷却器的理由，因为这些公司认为英伟达*可能*会改变未来45摄氏度的冷却温度要求。担忧的是，随着芯片热设计功耗的持续升高，这一温度*可能*会上升。然而，现在冷却温度可以达到54摄氏度，这使得公司有更多的散热余量，可以采用两相冷却+干式冷却器（而不仅仅只是冷却器）。 话虽如此，这绝非板上钉钉的事。有许多需要注意的注意事项。首先，所使用的单相设备是“标准型”，未必是性能范围最窄的顶级产品。其次，这是在实验室规模下进行测试的，而非商业规模，因此在我们能够最终下结论之前，我们需要已部署的验证结果。第三，两相CDU的ΔT似乎与单相替代方案相比有实质性差异，因此说两相客观上更好是不公平的。最后，两相仍然存在尚未解决的工程问题（如气体逆流、需要控制更多变量、对冷却剂最终状态缺乏可见性等）。但我们承认，这些数据很有前景，使两相的优势更加突出。Accelsius两相CDU在高端的容量约为250kW，而旗舰单相产品则接近2MW（高8倍）。我们仍然认为，两相冷却在实现商业可行性之前还有很长的路要走。 相关说明： 数据中心液冷：单相DTC之后是什么？有了CoolIT的15kW冷板，是否还需要？ 数据中心冷却与供电：不同类型设备的每兆瓦成本是多少？ 液体冷却入门：冷板 数据中心冷却器（3/3）：免费冷却能对冷却器服务收入产生多大影响？ 数据中心冷却器（2/3）：冷却器门风险有多真实？ 数据中心冷却器（1/3）：预冷与免费冷却的经济性 液体冷却入门：冷却液分配单元 (CDU) 披露附录 一、所需披露信息 “Bernstein”或“公司”在这些披露中的提及与以下实体相关：Bernstein Institutional Services LLC（自2024年4月1日起）、Sanford C. Bernstein & Co., LLC（2024年4月1日前）、Bernstein Autonomous LLP、BSG France S.A.（自2024年4月1日起）、盛博香港有限公司、Sanford C. Bernstein (Canada) Limited、Sanford C. Bernstein (India) Private Limited（印度证券交易委员会注册号：INH000006378）、Sanford C. Bernstein (Singapore) Private Limited、Sanford C. Bernstein Japan KK（サンフォード・C・バーンスタイン株式会社）以及根据Bernstein与Société Générale之间达成的全球服务协议，受Société Générale非洲技术与服务公司雇佣进行分析师，以生产Bernstein研究。 伯恩斯坦是法国兴业银行（SG）和联博投资管理公司（L.P.，简称AB）组建的合资企业的一部分。除非另有说明，根据本披露的目的，提及伯恩斯坦的“关联公司”时，均指法国兴业银行和联博投资管理公司及其各自的关联公司。 评估方法 江森自控公司 我们对特灵公司的估值是：基于22倍非经常性收入（NTM）加上1倍5.7亿美元的EBITDA，以达至我们的目标价555美元。 卡里尔全球公司 我们重视凯利使用18倍EV/EBI