ثورة تكنولوجيا التبريد السائل في مراكز البيانات
مع التطور المبتكر لتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية والبيانات الضخمة، تقوم مراكز البيانات ومعدات الاتصالات، مثل البنية التحتية للمعلومات، بكمية متزايدة من العمليات الحسابية. مع الزيادة السريعة في قوة الحوسبة في مراكز البيانات، زادت كثافة الطاقة في الخزانات الفردية، مما يفرض متطلبات أعلى على كفاءة تبديد الحرارة. من ناحية أخرى، وبموجب سياسة "الكربون المزدوج"، يُطلب من مراكز البيانات، باعتبارها "المستهلكين الرئيسيين للطاقة"، أن تقوم بشكل مستمر بتخفيض مؤشرات PUE الخاصة بها من أجل تقليل استهلاك الكهرباء لنظام التبريد. ومع ذلك، لم يعد تبريد الهواء التقليدي قادرًا على تلبية متطلبات تبديد الحرارة المذكورة أعلاه، وقد ظهرت تكنولوجيا التبريد السائل.
أفضل معالج رسومي لمراكز البيانات متوفر في السوق منذ 10 سنوات هو NVIDIA K40، مع قوة تصميم حراري (TDP) تبلغ 235 واط. عندما أصدرت NVIDIA A100 في عام 2020، كان TDP قريبًا من 400 واط، ومع أحدث شريحة H100، ارتفع TDP إلى 700 واط. وصل استهلاك طاقة التصميم الحراري لشريحة AI واحدة عالية الأداء إلى 1000 واط. ومن المعلوم أن إنتل تعمل على تطوير شريحة قد تصل إلى 1.5 كيلو واط. تتلخص المنافسة في الذكاء الاصطناعي في نهاية المطاف في المنافسة في القوة الحاسوبية، والعقبة الرئيسية أمام رقائق الحوسبة العالية هي قدرتها على تبديد الحرارة. عندما يتجاوز TDP للرقاقة 1000 واط، يجب اعتماد تقنية التبريد السائل.
يمكن لتكنولوجيا التبريد السائل أن تحل بشكل فعال مشاكل النشر عالي الكثافة والسخونة المحلية في غرف الكمبيوتر، ومن بينها التبريد السائل الغمر له مزايا بارزة في تبديد الحرارة وتوفير الطاقة. التبريد السائل الغمر هو طريقة تبريد سائلة ذات اتصال مباشر نموذجية، حيث يتم غمر الأجهزة الإلكترونية في سائل التبريد، ويتم نقل الحرارة المتولدة مباشرة إلى سائل التبريد ويتم إجراؤها من خلال دوران السائل. يمكن تصنيف تبريد سائل الغمر إلى نوعين: تبريد سائل غمر أحادي الطور وتبريد سائل غمر متغير الطور، اعتمادًا على ما إذا كان سائل التبريد المستخدم سيخضع لتغيير الحالة أثناء تبريد الأجهزة الإلكترونية. تتمثل ميزة المرحلة الواحدة في أن تكلفة النشر وتكلفة التبريد المتوسطة أقل، ولا يوجد خطر لتجاوز سائل التبريد؛ تكمن ميزة تغيير الطور في قدرته العالية على تبديد الحرارة وحدوده، لكنه لا يزال متخلفًا عن الطور الواحد من حيث التكلفة والنضج التكنولوجي.
يوفر التبريد الغاطس أحادي الطور حلاً مقنعًا لمراكز البيانات التي تسعى إلى إدارة حرارية تتسم بالكفاءة والموثوقية. في هذه الطريقة، يتم غمر مكونات تكنولوجيا المعلومات بالكامل في سائل عازل مُصمم خصيصًا. يمتص هذا السائل الحرارة مباشرة من الخادم، على غرار التبريد بالغمر على مرحلتين. على عكس الأنظمة ثنائية الطور، لا يغلي سائل التبريد أحادي الطور ولا يخضع لانتقالات الطور. ويظل سائلاً طوال عملية التبريد بأكملها. يدور السائل العازل الساخن من خلال المبادل الحراري داخل وحدة توزيع التبريد (CDU). يقوم هذا المبادل الحراري بنقل الطاقة الحرارية إلى وسط تبريد مستقل، وعادة ما يكون نظام مياه مغلق الحلقة. يتم بعد ذلك ضخ السائل العازل المبرد مرة أخرى إلى خزان الغمر لإكمال دورة التبريد.
في نظام التبريد الغاطس ثنائي الطور، يتم غمر المكونات الإلكترونية في حمام سائل موصل للحرارة معزول، والذي يتمتع بموصلية حرارية أفضل بكثير من الهواء أو الماء أو الزيت. الفرق بين التبريد السائل بالغمر على مرحلتين هو أن المبرد يمر بمرحلة انتقالية. إن مسار نقل الحرارة للتبريد السائل الغمر على مرحلتين هو في الأساس نفس مسار التبريد السائل الغمر أحادي الطور، مع الاختلاف الرئيسي وهو أن المبرد الجانبي الثانوي يدور فقط في المنطقة الداخلية لغرفة الغمر، مع الجزء العلوي من وغرفة الغمر هي المنطقة الغازية والقاع هو المنطقة السائلة؛ يتم غمر معدات تكنولوجيا المعلومات بالكامل في سائل تبريد منخفض درجة الغليان، والذي يمتص الحرارة من المعدات ويغلي. المبرد الغازي ذو درجة الحرارة العالية الناتج عن التبخير، بسبب كثافته المنخفضة، يتجمع تدريجيا في الجزء العلوي من غرفة الغمر ويتبادل الحرارة مع المكثف المثبت في الأعلى، ويتكثف في سائل تبريد منخفض الحرارة. ثم يتدفق مرة أخرى إلى أسفل الغرفة تحت تأثير الجاذبية، مما يحقق تبديد الحرارة لمعدات تكنولوجيا المعلومات.
في عملية التطوير المبتكر لتكنولوجيا تبديد الحرارة، سواء كانت رقائق أو أجهزة إلكترونية، فإن الحجم وتكلفة التصميم والموثوقية والجوانب الأخرى للمنتجات هي عتبات لا يمكن للشركات تجنبها. هذه أيضًا مشاكل يجب على تكنولوجيا تبديد الحرارة موازنتها وحلها. يمكن استخدام تقنيات مجمعة مختلفة لتطوير منتجات لمختلف مواد وتقنيات تبديد الحرارة وسيناريوهات التطبيق، من أجل إيجاد الحل الأمثل للنمط الحالي.
