「我們用熱水散熱」輝達Rubin創45°C高溫液冷 冷卻用水近乎歸零

隨著資料中心運算效能提升，晶片功耗也大增。為了冷卻過熱的晶片，耗水跟耗電成了重大議題。輝達（NVIDIA）6月正式推出一套反直覺的技術，使用高達45°C、比洗澡水還熱的「冷卻液」來幫晶片散熱，不僅省電，資料中心的冷卻用水還可趨近於零，減少搶水爭議。

全系統耐高溫

AI晶片散熱大致分三種——氣冷、液冷、浸沒式。氣冷類似吹冷氣，利用風扇製造對流來散熱。液冷則將液冷板直接貼在晶片上，或讓冷卻液管線（封閉式冷卻迴路）繞過關鍵零組件來降溫。浸沒式是將整組伺服器泡在冷卻水槽，應用尚未普及。

傳統資料中心使用氣冷，散熱效率差，耗水與耗能都很高，近年新建資料中心已改採氣冷與液冷並用。輝達官方部落格6月公布新一代Rubin架構的資料中心參考設計，採用了100%液冷，所以不須風扇。最引人注目的是，冷卻液溫度可高達45°C，比洗澡水還熱。

輝達指出，過去一進到資料中心，就像走入冷凍庫，不夠冷就代表出了問題。但實際上，現代晶片已經能承受高溫。以45°C的冷卻液流經系統，即便吸收晶片熱能後升至55°C，也不影響晶片效能。

為何冷卻液高溫可省電

為避免過熱，傳統資料中心須處於在低溫環境。冷卻系統極為耗電，用掉資料中心約30%至40%的電力。即便使用液冷，冷卻液吸走熱量後，還是要靠冰水機將溫度降至7°C至11°C。如今冷卻液可高達45°C，比大多數地區的常溫都高，換言之，直接利用戶外空氣就能降溫，不用處處倚賴冰水機。

輝達表示，在氣溫適合的環境，只需靠乾式冷卻器（dry cooler，類似建築物外的散熱管）就能完成散熱，一年之中或許只有約1%的時間，極度高溫的那幾天才需要動用冰水機。當然，實際情況會隨資料中心所在地而異，蘇格蘭高地與亞利桑那州鳳凰城自然不同。即便如此，冰水機設定的溫度每提升1°C，冷卻系統的能耗就能節省4%，省下的電力依然相當可觀。

在水資源部分，傳統資料中心每年每百萬瓦（MW）須使用約984萬公升的冷卻水。輝達說明，新系統採用100%液冷設計。由於冷卻液在封閉迴路中循環使用，資料中心運作期間只需加入一次，就能不斷重複運用。冷卻系統的耗水量趨於零，幾乎省下100%的用水。

新一代資料中心不冷、不吵

輝達將這套技術寫入「DSX AI工廠參考設計」（DSX AI factory reference design），作為新一代資料中心的參考架構。傳統資料中心不僅寒冷，冷卻風扇噪音也很高，可達85分貝。未來踏入資料中心，差異會非常明顯—— 沒有很吵雜的風扇聲，也不再需要精心設計的散熱通道。

輝達表示，散熱架構優化後，使用單一的進水口和出水口，就能冷卻多個高功率晶片。少了氣冷，釋放出更多空間，原本要占用6U機架（6 Rack unit）的系統，現在僅須2U。相同的空間能做到更高的算力。

輝達稱，這套違反直覺的設計是資料中心效率的重大突破。不過，《麻省理工史隆管理學院評論》（MIT Sloan Management Review）社論指出，輝達所說的「零用水」僅限於資料中心內部。資料中心的水足跡還包括上游的發電與晶片製造。全球許多資料中心仍仰賴天然氣與燃煤發電，即使資料中心本身幾乎不耗水，只要電力來源高耗水，AI的水資源問題依舊會存在 。