Жидкостное охлаждение и «нулевая утечка»: зачем проверять компоненты вторичного контура гелиевым методом

Рост плотности вычислений в системах искусственного интеллекта ускоряет переход центров обработки данных от воздушного к жидкостному охлаждению. Мощные GPU-серверы, в том числе платформы NVIDIA, повышают требования к охлаждению. Его стабильность становится основой непрерывной работы вычислительной инфраструктуры, дополняя задачи энергосбережения и повышения эффективности.

Сохранение герметичности при длительной высокой нагрузке волнует производителей вычислительных центров, накопителей энергии и мощного электронного оборудования. Эту задачу иногда называют «нулевой утечкой».

Вторичный контур: недооцененная зона риска

В системе жидкостного охлаждения различают первичный и вторичный контуры. Вторичный контур объединяет охлаждающие плиты, гофрированные трубопроводы из нержавеющей стали, распределительные коллекторы и быстродействующие соединители UQD. Большое число интерфейсов, плотное расположение сварных соединений и высокие требования к сборке создают множество потенциальных мест течей.

При работе мощных серверов первоначально малозаметная течь может увеличиваться. Последствия варьируются от потери теплоносителя и роста затрат на обслуживание до аварийной остановки. В рассматриваемом варианте возможные потери оцениваются в миллионы или десятки миллионов юаней.

Hirays описывает повышение требований к контролю до уровня 10⁻⁸ Па·м³/с и связывает это с переходом к обнаружению микротечей. Высокочувствительное гелиевое масс-спектрометрическое течеискание рассматривается как средство выполнения таких требований. Для контроля рассматривают охлаждающие плиты, трубопроводы и распределительные коллекторы, а также соединители UQD.

1. Охлаждающая плита: проверка гелием как заключительный контроль герметичности

Охлаждение с помощью холодных плит относится к наиболее распространенным решениям. Медная плита с каналами теплоносителя устанавливается на тепловыделяющий компонент, например CPU или GPU, и отводит тепло. По способу передачи тепла за пределы стойки выделяют две схемы.

• Жидкость — воздух, L2A. Жидкостный контур стойки отдает тепло через заднюю дверь с теплообменником RDHx. В данном варианте схема предложена для модернизации существующих машинных залов.
• Жидкость — жидкость, L2L. Блок распределения охлаждающей жидкости CDU обеспечивает теплообмен между вторичным и первичным контурами. Эта схема применяется в системах охлаждения AI-серверов.

Микроканальные охлаждающие плиты MCCP используют внутренние каналы шириной 80–90 мкм для увеличения площади теплообмена и отвода тепла. Применение прямого охлаждения вычислительных компонентов согласуют с конструкцией и тепловой нагрузкой оборудования.

Почему охлаждающую плиту проверяют гелием

1. Обнаружение микротечей. Плита имеет сложные внутренние каналы и может изготавливаться вакуумной пайкой. Для обнаружения потока порядка 10⁻¹² мбар·л/с требуется высокочувствительная измерительная система. Гелиевый метод помогает выявлять малые дефекты до отгрузки изделия.
2. Защита оборудования и непрерывности работы. Применяемые теплоносители могут иметь различную электропроводность. Утечка способна повредить CPU, GPU и материнскую плату; возможны короткое замыкание, возгорание и повреждение стойки. Предварительная проверка направлена на уменьшение риска развития малого дефекта в крупную аварию.
3. Надежность и сокращение простоев. Гелиевый контроль позволяет находить негерметичные сварные швы и дефекты материала. На иллюстрациях отдельно приведен ориентир утечки жидкости менее 0,001 мл/мин. Проверка должна уменьшать снижение эффективности и простои при длительной эксплуатации вычислительного кластера в режиме 24 часа в сутки, семь дней в неделю.
4. Отвод тепла при высокой плотности вычислений. При мощности стойки в десятки киловатт локальный перегрев может вызвать снижение частоты или остановку процессора. Герметичный контур способствует устойчивому теплообмену и предотвращению локальных перегревов, связанных с потерей теплоносителя.

Иллюстрация на иллюстрациях: гелиевая установка контроля охлаждающих плит.

2. Трубопроводы и распределительные коллекторы

Гофрированные трубопроводы и распределительные коллекторы из нержавеющей стали применяют для построения жидкостных контуров. Коллектор связывает CDU с охлаждающими плитами; его герметичность влияет на надёжность всей системы.

Иллюстрация на иллюстрациях: трубопровод жидкостного охлаждения.

Основные места риска в коллекторе

• Сварные соединения. Десятки или сотни сварных участков могут содержать микродефекты, незаметные при визуальном осмотре.
• Разъемные соединения. Резьбы, фланцы и быстродействующие соединители используют уплотнения, чувствительные к качеству сборки и старению в рабочих условиях.
• Материал. При обработке металла могут образоваться микропоры и трещины от напряжений.

Возможности контроля водой и по падению давления зависят от объёма изделия, длительности испытания, температуры и методики. Гелиевый контроль позволяет выявлять микротечи на стадии изготовления и сборки коллекторов. Требуемую чувствительность подтверждают на конкретной системе.

Иллюстрация на иллюстрациях: гелиевая установка контроля сильфонов.

3. Соединители UQD: сплошной гелиевый контроль в производстве

Соединитель UQD является разъемным узлом жидкостного контура между распределительным коллектором и сервером. Его назначение — подключение и отключение при наличии жидкости и давления с ограничением потерь теплоносителя. Это позволяет обслуживать сервер без полного опорожнения трубопровода, ускоряет работы и уменьшает риск утечек.

Рост спроса на вычисления искусственного интеллекта повышает значение UQD для масштабного внедрения жидкостного охлаждения. Гелиевый контроль рассматривается как важная операция снижения риска течей.

Герметичность соединителей UQD проверяют при изготовлении и в составе жидкостного контура. Метод контроля и критерий годности выбирают по требованиям изделия и условиям эксплуатации.

Проверка выявляет микродефекты уплотнительных поверхностей, сварных швов и материала. Это помогает обеспечивать герметичность при повышенном давлении и частых соединениях и разъединениях, уменьшая риск потери теплоносителя и повышая надежность эксплуатации и обслуживания.

Иллюстрация на иллюстрациях: автоматизированная установка испытаний быстродействующих соединителей для жидкостного охлаждения.

4. HM-Leaklab-400 для контроля вторичного жидкостного контура

Разработанный Hirays гелиевый масс-спектрометрический течеискатель HM-400, представленный в данном каталоге как HM-Leaklab-400, предназначен для высокочувствительной проверки компонентов. Компания сообщает о принятии решений на его основе ведущими заказчиками отрасли и разработке нескольких типовых комплектаций испытательных систем.

Иллюстрация на иллюстрациях: гелиевая испытательная платформа.

Преимущества, заявленные производителем

• Высокая чувствительность. Минимальный обнаруживаемый поток утечки 5·10⁻¹³ Па·м³/с. Проверяемые компоненты — охлаждающие плиты, коллекторы и UQD.
• Разные схемы испытания. Описаны проверка при положительном и отрицательном перепаде давления и автоматическое отслеживание фона для разных компонентов и режимов.
• Быстрый отклик и удаление гелия. Оптимизированный масс-спектрометрический тракт, алгоритмы обработки и вакуумная система направлены на сокращение цикла испытания.
• Снижение влияния фона. Для устойчивости к окружающему гелию параметры газовой схемы и подавления фонового сигнала согласуют с производителем.
• Промышленная эксплуатация. Заявлены непрерывная работа 24/7 и частые измерения с интервалом в несколько секунд. Двухкатодный ионный источник с иридиевыми нитями предназначен для повышения устойчивости к воздействию атмосферного воздуха.
• Заказная интеграция. Предлагаются разработка испытательной системы под задачу и обучение ее эксплуатации.
• Затраты и обслуживание. Hirays связывает собственную разработку основных узлов с сокращением сроков поставки, упрощением замены и быстрым сервисным откликом. Сроки, стоимость и условия обслуживания согласуют для конкретного проекта.

Практические выводы

Вычислительная инфраструктура становится основой цифровой экономики. Для жидкостного охлаждения качество проверки охлаждающих плит, UQD и коллекторов влияет на конкурентоспособность при технологическом развитии и серийном производстве. Hirays заявляет о продолжении совместной работы с участниками отрасли и о предоставлении технической и сервисной поддержки надежной вычислительной инфраструктуры.

Особенности применения

• Ни один конечный предел обнаружения не доказывает абсолютное отсутствие утечки; годность определяют по согласованной норме.
• 10⁻¹² мбар·л/с = 10⁻¹³ Па·м³/с. Это ниже опубликованного для HM-400 значения 5·10⁻¹³ Па·м³/с. Такой уровень нельзя обещать для данной модели без отдельного подтверждения условий и состава установки.
• 0,001 мл/мин относится к объемному расходу жидкости. Прямое преобразование этого числа в поток утечки гелия недопустимо без модели течи, давлений, температуры и свойств сред.
• Уровень 10⁻⁸ Па·м³/с в данном варианте не сопровождается ссылкой на стандарт. Его нельзя считать универсальной обязательной нормой для всех компонентов.
• Чувствительность манометрического и пузырькового методов зависит от объема, длительности испытания, температурной стабильности, давления и процедуры. Чувствительность подтверждают для конкретной испытательной системы.
• Свойства теплоносителя, электрическая защита и конструкция определяют последствия утечки. Риски оценивают для конкретной системы.

Оборудование и оснастка