Liquid Cooling 은 Server 자체를 Tank에 담궈서 Cooling하는 Immersion cooling과 GPU/CPU Chip 아래에 cold plate를 설치하여 Cooling하는 Direct Liquid Cooling(Direct-to-chip) 크게 두 가지 type의 Cooling이 있습니다.
1. Liquid Cooling
a. Immersion Coolilng: Tank에 서버를 담궈서 cooling
b. Direct Liquid Cooling: Chip 아래에 Cold plate를 설치하여 cooling
2. Single Phase Cooling & Two-Phase Cooling
그리고 Liquid cooling에는 기존과 동일하게 냉매를 사용하여 열교환을 하는 Single Phase Cooling과 끓는 점이 낮은 냉매를 이용하여 일정 온도가 넘으면 액체 -> 기체로의 상변화를 통해 Cooling 시키는 Two-Phase Cooling으로 구분됩니다.
a. Single Phase Cooling: 냉매를 열교환기를 통한 일반적인 열교환 방식
b. Two-Phase Cooling: 액체에서 기체로의 상변화를 통한 열교환 방식
그럼 어떤 Type의 cooling이 가장 좋을까요?
다음의 장단점은 각각 아래 싸이트에서 확인 할 수 있습니다.
<설비적인 측면 비교>
Two-Phase Cooling 방식을 중심으로 설명드리면 일정 온도 이상이 되면 기체로 변화하게 되고 변한 기체는 차가운 코일(콘덴서 토일)에 닿아서 다시 액체화 되어 Tank로 떨어지는 방식으로 구성이 굉장히 simple한 것이 장점입니다. 또 액체가 기화하는 과정을 거치기 때문에 수조속의 온도가 균일하게 유지 될 수 있다는 장점이 있습니다.
반면, Single Phase Cooling 방식은 냉매를 순환해주는 Pump, Piping, Heat Exchanger등의 부수 설비가 추가되어 좀 더 복잡해 지는 단점이 있습니다.
즉, Pump가 고장나면 서버의 온도가 급격히 올라갈 수 있는 Risk가 있습니다.
<환경적인 측면 비교>
Two-Phase Cooling은 끓는 점이 낮은 냉매를 이용하기 때문에 환경의 오염, Vaporize된 gas가 Maintenance 및 operation 중에 누기되어 loss되는 점이 있으나, 제조사에서는 충분히 환경 영향성 검토를 받은 냉매 사용으로 문제가 없음을 설명하고 있습니다. 어디에서는 10%이상의 누기가 있다고 하나 제조사에서는 Maintenance 및 Operation시에도 기술적으로 누기를 최소화 하여 2%/year 수준이하로 제시하기도 합니다.
Single Phase는 기존에 사용하던 냉매와 비슷하고 별도로 누유의 위험은 크게 존재하지 않습니다.
<비용적인 측면>
Two Phase Cooling은 초기 냉매(Coolant) 구입 비용이 크나 운전/설비 측면에서 Single Phase Cooling과 비슷하거나 좀 더 낮은 비용으로 적용이 가능합니다.
Two-Phase Cooling(PUE = 1.01~1.02)은 SIngle Phase Cooling(PUE = 1.03~1.05) 보다 더 높은 전력밀도를 가진 Rack의 Cooling에 사용가능하며 운전 효율이 좋습니다., Single Phase Cooling 보다 장비가 간소해서 면적도 더 적게 소요됩니다.
저도 인터넷 검색으로만 정리하다 보니 실제 Data가 없어서 정확한 비교는 어렵지만 대부분 인터넷 검색결과로는 아니 거의 90%이상이 Single Immersion Cooling이 좋다는 의견입니다. 그래서 저는 조금 더 평등한 관점으로 볼 수 있도록 Two Phase Cooling편에서 조금 더 설명을 해보았습니다.
아차차 Direct Liquid Cooling 일명 Direc-To-Chip 에 대해서 조금더 설명을 드리면 Chip에 Cold Plate라는 얇은 판을 Chip에 붙여서 냉각하는 방식입니다. 아무래도 서버에 위치한 각각의 Chip으로 냉매의 배관이 설치되다보니 누수가 되었을때 Direct로 Chip에 영향을 줄 수 있어서 이부분에 대한 Risk가 큰 편이며 나머지 부분은 Immersion Cooling과 동일합니다.
https://youtu.be/Csoahf6SkuM?si=sHBDjJkmI-LdCuqJ
Immersion Cooling과 관련해서 Single Phase Vs. Two Phase 에 대한 각각의 의견을 들어보면 좋을 것 같습니다.
더 많은 정보가 있으니 꼭 한 번더 인터넷 검색은 해보시구요 ~
GRC社 의견
https://www.grcooling.com/blog/single-phase-immersion-cooling
Liquidstack 社 의견
https://www.opteon.com/en/-/mediafiles/opteon/liquid-stack-chemours-whitepaper_may2022_final.pdf