كيف يتم تطبيق التبريد السائل في Switchboard
مع زيادة الإنترنت والحوسبة السحابية وخدمات البيانات الضخمة، يتزايد إجمالي استهلاك الطاقة لمراكز البيانات، كما تحظى كفاءتها في استخدام الطاقة باهتمام متزايد. وفقًا لإحصاءات البيانات، يبلغ متوسط قيمة كفاءة استخدام الطاقة (PUE) لمراكز البيانات في الصين 1.49، وهو أعلى بكثير من المتطلبات التي اقترحتها اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح لمراكز البيانات الكبيرة الجديدة لتكون أقل من 1.25. يعد تقليل PUE أمرًا ملحًا، فكيف يمكن لمصنعي معدات الشبكات تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير مع ضمان الأداء العالي للرقائق؟ أصبح نظام التبريد، باعتباره عاملاً رئيسيًا يؤثر على كل من الأداء واستهلاك الطاقة، محورًا لإصلاح مركز البيانات، وتحل تكنولوجيا التبريد السائل، نظرًا لمزاياها الفريدة، محل تبريد الهواء التقليدي تدريجيًا كحل التبريد السائد.
لقد وجدنا أن متوسط استهلاك الطاقة في مراكز البيانات يصل إلى 33%، وهو ما يقارب ثلث إجمالي استهلاك الطاقة في مراكز البيانات. وذلك لأن نظام التبريد التقليدي الذي يتم تبريده بالهواء والمستخدم في مراكز البيانات يستخدم الهواء ذو السعة الحرارية النوعية المنخفضة للغاية كوسيط تبريد، والذي يتم تشغيله بواسطة مراوح داخل الجهاز لنقل الحرارة من وحدة المعالجة المركزية ومصادر الحرارة الأخرى إلى أحواض الحرارة بعيدًا عن تكنولوجيا المعلومات. المعدات، وإعادة استخدام المبادلات الحرارية لملف المروحة أو تبريد تكييف الهواء لتدوير الهواء لتبديد الحرارة والتبريد يعد أيضًا قيدًا ضروريًا لتبريد الهواء. لذلك، أصبحت كيفية حل مشكلة كفاءة استخدام الطاقة في نظام التبريد تحديًا تكراريًا تكنولوجيًا يواجهه مصنعو المعدات في بيئة السياسات الجديدة.
من وجهة نظر متطلبات تبديد حرارة رقاقة الجهاز. مع تطور شرائح التبديل، على الرغم من أن عمليات الرقائق عالية الأداء (مثل 5 نانومتر) يمكن أن تقلل بشكل فعال من استهلاك طاقة حوسبة الوحدة، حيث يزيد عرض النطاق الترددي لشريحة التبديل إلى 51.2 تيرابايت في الثانية، فقد ارتفع إجمالي استهلاك الطاقة لشريحة واحدة إلى حوالي 900 واط. أصبحت كيفية حل مشكلة تبديد الحرارة لشريحة الجهاز نقطة صعبة في التصميم العام للأجهزة. قدرة التبريد لنظام تبريد الهواء على وشك الوصول إلى الحد الأقصى. على الرغم من أن المشتتات الحرارية المبردة بالهواء يمكن أن تحل مشاكل تبديد الحرارة الحالية للمفاتيح، إلا أنها ستكون غير كافية في النهاية عندما يصبح 102.4/204.8 تيرابت في الثانية سائدًا ويزداد استهلاك طاقة الرقاقة في المستقبل. ولذلك، ظهرت تكنولوجيا التبريد السائل الأكثر كفاءة للجيل القادم من معدات تكنولوجيا المعلومات. في السنوات 5-10 القادمة، أصبح هناك إجماع في الصناعة على أن التبريد المبرد بالهواء في مراكز البيانات سيتم استبداله تدريجيًا بالتبريد السائل.
تنقسم تكنولوجيا التبريد السائل الحالية بشكل أساسي إلى تبريد سائل أحادي الطور وتبريد سائل على مرحلتين. يشير التبريد السائل أحادي الطور إلى سائل التبريد الذي يحافظ على حالته السائلة طوال عملية تبديد الحرارة المنتشرة، ويتخلص من الحرارة بسهولة من خلال سعة حرارية عالية محددة. يشير التبريد السائل ثنائي الطور إلى تغير طور سائل التبريد أثناء عملية تبديد الحرارة الدورانية، حيث يحمل المبرد حرارة المعدات من خلال حرارة كامنة عالية للغاية للتغويز. بالمقارنة مع الطرق الأخرى، يتميز التبريد السائل أحادي الطور بتعقيد أقل وأسهل في تحقيقه، وقدرته على تبديد الحرارة كافية لدعم معدات تكنولوجيا المعلومات في مراكز البيانات، مما يجعله خيار التوازن الحالي.
ينقسم التبريد السائل أحادي الطور إلى تبريد سائل باللوحة الباردة وتبريد سائل بالغمر. يعمل التبريد السائل للوحة الباردة على تثبيت لوحة التبريد السائلة على جهاز التسخين الرئيسي للمعدات، بالاعتماد على السائل المتدفق عبر اللوحة الباردة لحمل الحرارة بعيدًا وتحقيق غرض تبديد الحرارة؛ التبريد السائل بالغمر هو عملية غمر الجهاز بأكمله مباشرة في سائل التبريد، والاعتماد على الدوران الطبيعي أو القسري للسائل لإزالة الحرارة الناتجة عن تشغيل المعدات مثل الخوادم.
تشمل مزايا التبريد السائل باستخدام اللوحة الباردة ما يلي: الحد الأدنى من التعديلات على غرفة الكمبيوتر الشاملة، والتي تتطلب فقط تعديلات على الحامل ووحدات توزيع التبريد (CDUs) ونظام إمداد المياه. علاوة على ذلك، يمكن أن يستخدم التبريد السائل باستخدام اللوحة الباردة نطاقًا أوسع من أنواع سائل التبريد ويتطلب أقل بكثير من التبريد بالغمر، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف الاستثمار الأولية. بالإضافة إلى ذلك، سلسلة صناعة التبريد السائل بلوحة التبريد أكثر نضجًا وأكثر قبولًا في السوق.
تشمل مزايا التبريد السائل الغاطس ما يلي: (1) بسبب الاتصال المباشر لسائل التبريد بالمعدات، تكون قدرة تبديد الحرارة أقوى، ويكون خطر ارتفاع درجة حرارة الجهاز أقل؛ (2) معدات التبريد السائلة الغامرة لا تتطلب مروحة، مما يؤدي إلى اهتزاز أقل وعمر خدمة أطول لمعدات الأجهزة؛ (3) درجة حرارة مصدر الماء المبرد على جانب غرفة آلة التبريد السائل المغمورة أعلى، والجانب الخارجي أسهل في تبديد الحرارة. ولذلك، فإن اختيار موقع غرفة الآلة لم يعد يقتصر على المنطقة ودرجة الحرارة كما كان الحال في عصر تبريد الهواء.
إن تطبيق تقنية التبريد السائل في محولات مركز البيانات لا يحل المشكلات الحرارية الخاصة بها فحسب، بل يتيح أيضًا النشر الموحد مع خوادم التبريد السائل، مما يسهل البناء الموحد وتشغيل البنية التحتية لمركز البيانات. يدعم التبريد السائل تبادل التقنيات الجديدة لتحقيق أقصى قدر من الأداء، وتطوير المزيد من منتجات مراكز البيانات الجيدة، وبناء اقتصاد رقمي أخضر بشكل مشترك.
