تقنية التبريد السائل – طريقة جديدة لتوفير الطاقة وتقليل استهلاك مراكز البيانات
في عصر الاقتصاد الرقمي وإنترنت الأشياء، يتطلب حساب ومعالجة البيانات الضخمة التوسع المستمر في نطاق البنية التحتية لمراكز البيانات، الأمر الذي يؤدي أيضًا إلى مشكلة الزيادة الحادة في استهلاك الطاقة. وبحسب "التقرير البحثي حول تطوير "البنية التحتية الجديدة" في الصين، ستشكل مراكز البيانات العالمية بحلول عام 2025 الحصة الأكبر من استهلاك الطاقة العالمي، بما يصل إلى 33%. وفي الصين، بلغ استهلاك الطاقة في مراكز البيانات الوطنية بنسبة تزيد عن 12% لمدة ثماني سنوات متتالية، وستستمر نسبة استهلاك الكهرباء في المجتمع في الارتفاع في المستقبل.
يأتي استهلاك الطاقة في مراكز البيانات بشكل أساسي من جانبين: استهلاك الطاقة للخوادم نفسها، وطاقة التبريد اللازمة لتبريد الخادم. مع تحسن قوة الحوسبة في مراكز البيانات، فإن أكبر استثمار لمراكز البيانات المبنية حديثًا ليس المبنى نفسه، ولكن تكلفة المعدات لضمان إمدادات الطاقة وتكلفة تبريد مركز البيانات. ووفقا للإحصاءات، يمثل نظام التبريد في مراكز البيانات حوالي 40٪ من استهلاك الطاقة لمركز البيانات بأكمله.
تشير تقنية التبريد السائل إلى استخدام السائل كوسيلة لنقل الحرارة لتبادل الحرارة لمكونات التسخين وإزالة الحرارة، بدلاً من التبريد بشكل غير مباشر من خلال الهواء مثل تبريد الهواء. يتمتع السائل بتأثير توصيل حراري أفضل، 25 مرة من الهواء، وتأثير نقل أسرع وأفضل لدرجة الحرارة. وفي الوقت نفسه، نظرًا للسعة الحرارية النوعية الكبيرة للسوائل، فإن درجة حرارتها لا تتغير بشكل ملحوظ بعد امتصاص كمية كبيرة من الحرارة، وبالتالي استقرار درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية. يمكن تقسيم تقنية التبريد السائل إلى ثلاثة أنواع: نوع الرش، ونوع الغمر، ونوع اللوحة الباردة.
رذاذ نوع التبريد السائل:
قم بتخزين السائل وفتح الثقوب في الجزء العلوي من الهيكل، مما يسمح لسائل التبريد بالرش على عنصر التسخين وفقًا لموضعه وحجم توليد الحرارة، مما يحقق الغرض من تبريد المعدات. يتلامس السائل المرشوش بشكل مباشر مع الجهاز المبرد، مما يؤدي إلى كفاءة تبريد عالية؛ ومع ذلك، أثناء عملية الرش، سوف يتعرض السائل للانجراف والتبخر عند مواجهة الأجسام ذات درجة الحرارة العالية. سوف تنبعث قطرات الضباب والغازات على طول الفجوات الموجودة في فتحات الهيكل إلى الجزء الخارجي من الهيكل، مما يؤدي إلى انخفاض نظافة بيئة غرفة الكمبيوتر أو التأثير على المعدات الأخرى.
نوع الغمر التبريد السائل:
يتم غمر المكونات الإلكترونية مباشرة في سائل عازل، ويتم وضعها في حاوية مغلقة ولكن يسهل الوصول إليها، ويتم نقل الحرارة من المكونات الإلكترونية إلى السائل. عادة، يتم استخدام مضخة دوارة لتدفق محلول الفلورايد الإلكتروني الساخن إلى مبادل حراري، حيث يبرد ويدور مرة أخرى في الحاوية. يمكن تقسيم نوع الغمر إلى نوعين: مرحلة واحدة ومرحلتين. في التبريد السائل الغمر أحادي الطور، يظل سائل الفلور الإلكتروني في حالة سائلة؛ في تبريد السائل بالغمر على مرحلتين، تعمل عملية الغليان والتكثيف لسائل الفلورة الإلكترونية على تحسين كفاءة نقل الحرارة للسائل بشكل كبير.
التبريد السائل للوحة الباردة:
تبريد الشريحة مباشرة عن طريق تعميم الوسط السائل من خلال مضخة من خلال لوحة باردة مجمعة في مكونات إلكترونية لتبديد الحرارة. لا تتلامس السوائل بشكل مباشر مع الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من أن السوائل غير العازلة (مثل الماء/جلايكول الإيثيلين) تُستخدم بشكل شائع للتبريد المباشر للرقاقة، إلا أنه يمكن أيضًا استخدام سوائل الفلور الإلكترونية العازلة لتطبيقات الرقاقة المباشرة، مما يقلل من المخاطر المرتبطة بالتسرب ويحسن موثوقية الأجهزة/معدات تكنولوجيا المعلومات. يمكن استخدام تقنيات أحادية الطور ومرحلتين لتحقيق التبريد المباشر للرقاقة.
في الوقت الحاضر، تم تطبيق تكنولوجيا التبريد السائل والتحقق من صحتها في بعض مراكز البيانات المحلية والأجنبية. على سبيل المثال:
Alibaba Cloud: في عام 2018، أطلقت Alibaba Cloud أول مجموعة حوسبة فائقة في العالم تعتمد على تقنية التبريد السائل الغامرة - X-Dragon Super Computing Cluster. تعتمد هذه المجموعة محلول تبريد سائل غمر على مرحلتين، مما يؤدي إلى غمر الخوادم بالكامل في محلول الفلورايد وتحقيق تبديد فعال للحرارة من خلال الغليان وتكثيف محلول الفلورايد. وفقًا لـ Alibaba Cloud، يمكن لهذه المجموعة تقليل استهلاك طاقة الخادم بنسبة 50%، وتحسين كفاءة التبريد بنسبة 80%، وتوفير مساحة مركز البيانات وتكاليف الصيانة.
قامت Tencent Cloud ببناء أول مركز بيانات في العالم يعتمد على تقنية التبريد السائل بالرش، مركز بيانات Guiyang T3، في قويتشو في عام 2019. يعتمد مركز البيانات نظام تبريد سائل بالرش، والذي يرش محلول الفلورايد في شكل ذري فوق الخادم ويحقق تبديد الحرارة من خلال التبادل الحراري بين محلول الفلورايد والهواء. وفقًا لـ Tencent Cloud، يمكن لمركز البيانات تقليل PUE إلى أقل من 1.2، وتوفير 30% من مساحة غرفة الكمبيوتر، وتحسين أداء الخادم وموثوقيته.
أغرقت مايكروسوفت مشروع Natick، وهو مركز بيانات يعتمد على تقنية التبريد السائل المغمور، تحت سطح البحر في اسكتلندا في عام 2020. ويعتمد مركز البيانات نظام تبريد سائل غمر أحادي الطور، حيث يغمر الخادم بالكامل في وعاء ضغط مملوء بالنيتروجين ويستخدم مياه البحر لـ تبديد الحرارة. وفقًا لمايكروسوفت، فإن مركز البيانات قادر على تحقيق الاكتفاء الذاتي من إمدادات الطاقة ويتمتع بموثوقية وأمان أعلى.
مع التوسع المستمر في نطاق مراكز البيانات، وزيادة كثافة الحوسبة، وزيادة تكاليف الطاقة، وزيادة المتطلبات البيئية، لم تعد تكنولوجيا تبريد الهواء التقليدية قادرة على تلبية احتياجات التطوير لمراكز البيانات. من ناحية أخرى، تتمتع تكنولوجيا التبريد السائل بمزايا واضحة مثل الحفاظ على الطاقة وتقليل الاستهلاك، والقدرة على التكيف البيئي، والتصميم المرن، واستخدام الحرارة المهدرة، والصداقة للبيئة، مما يجعلها اتجاه التطوير المستقبلي لتكنولوجيا تبريد مراكز البيانات.
