تحليل تكنولوجيا التبريد السائل وتبديد الحرارة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي
يقدم لنا الذكاء الاصطناعي التوليدي والنماذج الكبيرة المتنوعة تجربة تطبيقية جديدة تمامًا، ويفرض أيضًا متطلبات أعلى على قوة الحوسبة. بالنسبة لمديري تشغيل مراكز البيانات، نظرًا للزيادة الكبيرة في كثافة الطاقة لخوادم GPU، يتم وضع متطلبات أعلى على معدات التبريد وتكنولوجيا مراكز البيانات. لذلك، بالإضافة إلى التركيز على قوة الحوسبة نفسها، فإنهم أيضًا يولون المزيد من الاهتمام لمختلف المشكلات الناجمة عن استهلاك الطاقة والتبريد في مركز البيانات.
نظرًا للطلب القوي على قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي، زاد عدد خوادم وحدة معالجة الرسومات في مراكز البيانات بشكل كبير، مما أدى إلى ظهور مشكلات بارزة بشكل متزايد في استهلاك الطاقة. نحن نعلم أن الحد الأقصى لإجمالي الطاقة للخزانة المفردة المبردة بالهواء في مراكز البيانات هو 15 كيلو واط. وبنفس معدل التحميل، اقترب نمو الطاقة الناتج عن خوادم وحدة معالجة الرسومات من الحد الأقصى للخزانة الفردية. ومع ذلك، فإن استهلاك الطاقة لوحدات معالجة الرسومات لا يزال يتزايد باستمرار. في مواجهة سيناريوهات الاستهلاك العالي للطاقة والكثافة العالية، من الواضح أن تبريد الهواء التقليدي غير قادر على تلبية احتياجات استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة. أصبحت تقنية التبريد السائل، بكفاءة الطاقة العالية جدًا والكثافة الحرارية العالية جدًا، خيارًا ضروريًا لحلول التحكم في درجة الحرارة في مراكز الحوسبة الذكية.
في مراكز البيانات التقليدية المبردة بالهواء، يصل استهلاك الطاقة لتبريد المعدات وتبديد الحرارة إلى 40%، وكفاءة تبديد الحرارة ليست عالية. نظرًا للقيود المفروضة عليه، يتم تصميم تبريد الهواء التقليدي في مراكز البيانات بشكل عام بكثافة خزانة واحدة تبلغ 8-10 كيلووات. ونظرًا لأن التوصيل الحراري لتقنية التبريد السائل يزيد بمقدار 25 مرة عن الهواء وتحمل حرارة أكبر بحوالي 3000 مرة من نفس الحجم من الهواء، فيمكنها بسهولة تحقيق كثافة خزانة واحدة تزيد عن 30 كيلووات. ولذلك، فإنه يمكن توفير الكثير من المساحة، وزيادة تحسين كثافة نشر الخزانات في مركز بيانات واحد، وتحسين معدل استخدام منطقة وحدة مركز البيانات.
ومع ذلك، لا يوجد حاليًا معيار موحد للتكنولوجيا والبناء في صناعة التبريد السائل، وبالمقارنة بالتبريد التقليدي بتبريد الهواء، فإن تكلفة بناء مراكز بيانات التبريد السائل لا تزال مرتفعة للغاية. أدى التطور السريع لتكنولوجيا التبريد السائل والافتقار إلى التكنولوجيا الموحدة ومعايير البناء إلى ظهور تحديات كبيرة للإدارة والصيانة اللاحقة.
في الوقت الحاضر، تشمل تقنيات التبريد السائل الرئيسية تكنولوجيا التبريد السائل غير المباشر المتمثلة في نظام التبريد السائل بلوحة التبريد وتقنية التبريد السائل المباشر المتمثلة في نظام التبريد السائل الغاطس. بسبب الاختلافات في تصميم تبديد الحرارة بين الاثنين، هناك أيضًا اختلافات كبيرة في كفاءة تبديد الحرارة.
يتم تحقيق تقنية تبديد الحرارة غير المباشرة من خلال ملامسة أسطح وحدات المعالجة المركزية (CPUs) والذاكرة ووحدات معالجة الرسومات (GPU) ومحركات الأقراص الثابتة والوسائط الأخرى مثل الألواح الباردة، وذلك باستخدام تدفق سائل التبريد لنقل الحرارة بعيدًا. بالإضافة إلى ألواح التبريد والوسائط الأخرى، تشتمل تقنية التبريد السائل غير المباشر أيضًا على مكونات مثل المبادلات الحرارية وخطوط الأنابيب والمضخات وسائل التبريد وأنظمة التحكم. لقد أصبح نظام التبريد السائل بلوحة التبريد هو الحل الرئيسي لتكنولوجيا التبريد السائل غير المباشر. تتمثل المزايا الرئيسية لتقنية التبريد السائل غير المباشر في أنها لا تتطلب تغيير شكل الخوادم الحالية، ولديها صعوبة فنية منخفضة في التصميم، وصعوبة نشر منخفضة نسبيًا، وصعوبة منخفضة نسبيًا في إدارة التشغيل والصيانة اللاحقة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاستخدام محلول مائي من جلايكول الإيثيلين كوسيلة للتبريد، فإن التكلفة أقل.
العيب هو أن كفاءة تبديد الحرارة منخفضة نسبيًا، ونظرًا للعدد الكبير من المكونات، فإن معدل الفشل أعلى نسبيًا. في الوقت الحاضر، أصبح نظام التبريد السائل بلوحة التبريد هو الحل المفضل لمعظم مراكز البيانات.
تشير تقنية التبريد السائل المباشر إلى الاتصال المباشر بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات واللوحة الأم والذاكرة وما إلى ذلك، وسائل التبريد الذي يتدفق مباشرة عبر سطح الجهاز لامتصاص الحرارة والتخلص منها. في الوقت الحاضر، تشتمل تكنولوجيا التبريد السائل المباشر على أنظمة تبريد سائلة غاطسة وأنظمة تبريد سائلة بالرش. اعتمادًا على ما إذا كان وسط التبريد يخضع لتغيير الطور، يمكن تقسيمه إلى غمر أحادي الطور وغمر متغير الطور.
بالمقارنة مع تقنية تبديد الحرارة غير المباشرة، لا تحتوي تقنية التبريد السائل المباشر على وسط موصل وسيط بين السائل ومصدر الحرارة، ويمكن نقل الحرارة بشكل مباشر إلى السائل، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى في تبديد الحرارة. ومع ذلك، فإن نشر تكنولوجيا التبريد السائل المباشر أكثر صعوبة وتكلفة بسبب الحاجة إلى إعادة تصميم وتحويل مركز البيانات بأكمله. في الوقت الحاضر، تُستخدم تقنية التبريد السائل المباشر بشكل أساسي في السيناريوهات التي تتطلب كفاءة عالية في تبديد الحرارة.
في الوقت الحاضر، نظرًا لأن نظام التبريد السائل بلوحة التبريد أصبح أكثر نضجًا، فسوف يصبح تكنولوجيا التبريد السائل السائدة التي تدخل مراكز البيانات أولاً. سيتم أيضًا حل التكلفة والتشغيل والصيانة والسلامة والمشكلات الأخرى التي تؤثر على تعميم تكنولوجيا التبريد السائل بلوحة التبريد من خلال تطوير التكنولوجيا والتوحيد القياسي.
ومع التطور المستمر للتكنولوجيا، سيتم أيضًا استخدام أنظمة التبريد السائلة المغمورة على نطاق واسع في مراكز البيانات الجديدة عالية الكثافة، مما يزيد من تحسين كفاءة تبديد الحرارة لمراكز البيانات ويعزز بشكل كبير مستويات طاقة الحوسبة.
