مزايا تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة في صناعة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات

في الوقت الحالي، تتكون تقنيات التبريد السائل المستخدمة في مراكز الطاقة الحاسوبية بشكل أساسي من تبريد السائل باللوحة الباردة، وتبريد السائل بالرش، وتبريد السائل بالغمر.

 

يعمل تبريد السائل بالرش على إطلاق وسيط التبريد في شكل رذاذ على مصدر الحرارة في الخادم، مما يحقق تبديد الحرارة من خلال التبخر وامتصاص الحرارة.

 

تتضمن عملية التبريد بالغمر غمر الخادم أو مكونات الخادم بالكامل في سائل تبريد، مما يؤدي إلى تبديد الحرارة من خلال التلامس المباشر. وبالمقارنة بالتبريد بالسائل باستخدام اللوحة الباردة، فإن تقنيات التبريد بالرش والغمر يمكن أن تحقق كفاءة تبريد أعلى في حالات كثافة الطاقة العالية للغاية.

 

ومع ذلك، فإن تقنيات التبريد السائل بالرش والغمر معقدة نسبيًا في التنفيذ والصيانة، وتتضمن المزيد من الاعتبارات المتعلقة بالسلامة والبيئة، وتتطلب المزيد من الاستثمار. وبالمقارنة بتقنيات التبريد السائل بالتلامس المباشر، فإن التبريد السائل باللوحة الباردة يوفر المزايا التالية:

 

 

كثافة عالية: يمكن أن يؤدي نشر العقد عالية الكثافة إلى تعزيز سعة الحوسبة لكل رف بشكل فعال

 

مع التطور السريع لتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات الضخمة والافتراضية والحوسبة عالية الأداء، أصبحت مراكز الطاقة الحاسوبية تتطلب المزيد من الطاقة الحاسوبية. ومع ذلك، أصبحت القدرة الاستيعابية المحدودة لمراكز الطاقة الحاسوبية، والتي تقيدها مساحة البناء واللوائح البيئية، تشكل تحديًا رئيسيًا. أصبحت زيادة كثافة الطاقة لكل رف طريقة حاسمة للتوفيق بين هذه المشكلة.

 

▲ مراكز قوة الحوسبة

 

في عام 2022، تجاوز استهلاك الطاقة لمعالجات الخوادم من الجيل الرابع من إنتل 350 وات لكل وحدة معالجة مركزية، وتجاوزت وحدات معالجة الرسومات من إنفيديا 700 وات لكل وحدة، مع وصول كثافة الحوسبة العنقودية للذكاء الاصطناعي بشكل عام إلى 50 كيلو وات لكل رف. حاليًا، تدعم كثافة الطاقة لكل رف في مراكز الطاقة الحاسوبية المبردة بالهواء الطبيعي عادةً 8-10 كيلو وات فقط. الاعتماد فقط على تقنية التبريد بالهواء التقليدية لم يعد قادرًا على تلبية احتياجات التبريد لعقد الحوسبة عالية الكثافة. لذلك، أصبح اعتماد تقنيات التبريد الجديدة لزيادة كثافة نشر العقد وتعزيز سعة الحوسبة لكل رف أمرًا مهمًا بشكل خاص.

 

يعد نظام تبريد السائل باللوحة الباردة تقنية تبريد فعالة لزيادة كثافة طاقة الرف.

 

• أداء تبريد فعال: تتكامل تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة بشكل وثيق مع لوحات التبريد السائلة مع عقد الخادم، مما يؤدي إلى إزالة الحرارة بشكل مباشر وتحقيق تبريد فعال، وبالتالي تمكين كثافة طاقة أعلى.
• مساحة أصغر: بالإضافة إلى أداء التبريد الفعّال، تتمتع تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة أيضًا بمساحة أصغر. يعمل التكامل الوثيق بين لوحات التبريد السائل وعقد الخادم على توفير المساحة، مما يسمح لمراكز طاقة الحوسبة بنشر المزيد من العقد ضمن مساحة محدودة، مما يعزز كثافة سعة الحوسبة بشكل أكبر.

 

 

II كفاءة عالية: يعمل التبريد السائل على جانب مصدر الحرارة على تحسين كفاءة تبريد الخادم بشكل كبير

 

نظرًا لخصائص النقل الحراري للهواء، فإن كفاءة التبريد لتكنولوجيا التبريد بالهواء محدودة. تؤثر الموصلية الحرارية المنخفضة للهواء وقابليته لتقلبات درجات الحرارة البيئية بشكل كبير على أداء التبريد لأنظمة التبريد بالهواء في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. علاوة على ذلك، فإن قدرة التبريد لأنظمة التبريد بالهواء مقيدة أيضًا بسرعة تدفق الهواء وظروف دوران الهواء. في المقابل، تتفوق تقنية التبريد السائل، بكفاءتها العالية في النقل الحراري وأداء التبريد الأكثر استقرارًا، في البيئات ذات الكثافة العالية للطاقة ودرجات الحرارة العالية. لذلك، تنتقل المزيد من مراكز قوة الحوسبة إلى تقنية التبريد السائل لتلبية الطلب المتزايد على قوة الحوسبة.

 

▲ تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة

 

تحل تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة محل الهواء باستخدام سائل تبريد كوسيلة لنقل الحرارة، مما يؤدي إلى توجيه سائل التبريد مباشرة إلى وحدات الشريحة المولدة للحرارة. ومن خلال نقل الحرارة غير المباشر، يتم نقل الحرارة التي تولدها الشرائح بعيدًا، مما يقلل من درجة حرارة وحدات الشريحة ويعزز كفاءة التبريد والأداء الحاسوبي.

 

• إن السعة الحرارية النوعية للسوائل أعلى بكثير من السعة الحرارية للغازات، وهذا يعني أن كمية الحرارة الممتصة/المنطلقة لكل وحدة تغير في درجة الحرارة أكبر بكثير من تلك التي يمتصها الهواء، مما يؤدي إلى تحسن كبير في كفاءة التبريد. على سبيل المثال، كفاءة نقل الحرارة في الماء لكل وحدة حجم أكبر بنحو 3500 مرة من كفاءة الهواء، مما يعالج بشكل فعال تحديات التبريد التي تفرضها الخوادم ذات الكثافة العالية بشكل متزايد.
• بالإضافة إلى ذلك، من خلال استبدال التبريد الهوائي بالتبريد السائل، يتم التخلص من الحاجة إلى المراوح، مما يقلل من استهلاك الطاقة التشغيلية لنظام التبريد بأكمله. في عقدة نموذجية واحدة، مع تغطية 80% من وحدة المعالجة المركزية والذاكرة بألواح باردة، يمكن تقليل PUE التبريد إلى 1.15 أو أقل. لذلك، مقارنة بالتبريد الهوائي، يوفر التبريد السائل سعة تبريد أعلى للشرائح الفردية.

 

 

III الموثوقية العالية: السيناريوهات المصممة علميًا تضمن تشغيل النظام بشكل موثوق ومستقر

 

يعد سائل التبريد داخل نظام التبريد السائل أحد العوامل الرئيسية للحفاظ على التشغيل الطبيعي. يعد التصميم الاحترافي لمنع التسرب والإدارة التشغيلية أمرًا بالغ الأهمية لاستقرار أنظمة تبريد السائل باللوحة الباردة. بعد سنوات من التطوير والتحسين، تم ضمان موثوقية تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة بشكل جيد، مع تدابير السلامة مثل تصميم منع التسرب، ومراقبة التسرب الكاملة، وإدارة الأعطال التي توفر منعًا شاملاً لمخاطر الأعطال، مما يضمن تشغيل معدات النظام في بيئة آمنة ومستقرة، وبالتالي حماية البيئة وسلامة الأفراد.

 

▲ نظام التبريد السائل

 

يعتمد نظام تبريد السائل ذو اللوحة الباردة على تصميم لمنع التسرب على ثلاثة مستويات، مما يضمن عدم حدوث أي حوادث تسرب على مستوى العقدة والخزانة والغرفة.

 

• قاعدة العقدة مغلقة بالكامل، وقادرة على توجيه وتصريف أي تسربات على الفور، ومنعها من التأثير على العقد الأخرى.
• تم تجهيز الخزانة بتصميمات رش تسرب سريعة الاتصال وصمامات كهرومغناطيسية للتحكم التلقائي في سائل التبريد.
• تستخدم الغرفة تصميمًا ثنائي الحلقة، مما يضمن عزل تسرب خزانة واحدة وعدم تأثيره على التشغيل الطبيعي للخزائن الأخرى.

 

يمكن لنظام التبريد السائل باللوحة الباردة تحقيق مراقبة كاملة للتسرب. تم تجهيز الخزانات بالكامل بقدرات الكشف عن التسرب على ثلاثة مستويات، مما يوفر تنبيهات دقيقة للتسرب.

 

• تستخدم العقد أكمام الحبل المغمورة في الماء لاكتشاف التسريبات والإبلاغ عنها إلى BMC (وحدة التحكم في إدارة اللوحة) للمراقبة والتنبيه.
• تم تجهيز مقسمات الخزانة بأجهزة استشعار تسرب ضوئية كهربائية عند مدخل ومخرج المياه، مع تنبيهات مراقبة وحدة الحلقة الرئيسية (RMU) التي يتم الإبلاغ عنها إلى منصة إدارة الشبكة.
• يقوم المبادل الحراري الهوائي السائل (باب التبريد السائل) بمراقبة مستويات المياه باستخدام أجهزة استشعار التعويم، ويتم إرسال التنبيهات إلى منصة إدارة الشبكة عبر وحدة RMU.

 

 

رابعًا: انخفاض استهلاك الطاقة: تساعد التقنيات المبتكرة الموفرة للطاقة في توجيه التنمية الخضراء ومنخفضة الكربون في مراكز الطاقة الحاسوبية

 

باعتبارها مستهلكين رئيسيين للطاقة، توفر مراكز طاقة الحوسبة جزءًا صغيرًا فقط من طاقتها لأحمال تكنولوجيا المعلومات، حيث يأتي الاستهلاك الرئيسي للطاقة من نظام التبريد. من خلال استبدال المراوح وتكييف الهواء بتقنية التبريد السائل باللوحة الباردة، والتي لا تتطلب استهلاكًا مستمرًا للكهرباء، يمكن تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي لمركز طاقة الحوسبة بشكل كبير، مما يقلل بشكل كبير من قيمة PUE. تعمل تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة، من خلال سلسلة من تقنيات توفير الطاقة مثل التوزيع البارد والتحكم الدقيق في درجة الحرارة وتبريد الماء الدافئ واستعادة الحرارة المهدرة، على تقليل استهلاك الطاقة لمراكز طاقة الحوسبة بشكل كبير، وتحقيق الاستخدام الفعال للطاقة.

 

▲ مراكز القوة

 

توفر تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة سائل تبريد منخفض الحرارة مباشرة للمكونات المولدة للحرارة من خلال وحدة التوزيع الباردة، مما يمتص الحرارة الناتجة عن الخوادم بسرعة وكفاءة، مما يؤدي إلى تقصير مسار نقل الحرارة بشكل فعال وتحسين كفاءة تبريد النظام.

 

• بالمقارنة مع أنظمة التبريد الهوائي التقليدية، تعمل أنظمة التبريد السائل باللوحة الباردة على تقليل الحاجة إلى التبريد الهوائي على نطاق واسع، مما يتيح التحكم الدقيق في درجة الحرارة ويقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة التبريد لمراكز الطاقة الحاسوبية.
• بالإضافة إلى ذلك، تعتمد تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة على تبريد الماء الدافئ، حيث تصل درجات حرارة الماء الخارج إلى 55-60 درجة، مما يتيح التبريد الطبيعي على مدار العام. وعلاوة على ذلك، مع درجات حرارة الماء العائد التي تتجاوز 55 درجة، تسمح الجودة الحرارية العالية باستعادة الحرارة المهدرة لإعادة الاستخدام. يقلل تبريد السائل بالماء الدافئ من حمل تبديد الحرارة لنظام التبريد، كما يقلل استرداد الحرارة المهدرة من استهلاك الطاقة الإجمالي. معًا، يمكنهما تقليل استهلاك الطاقة لمراكز طاقة الحوسبة بشكل كبير. بالإضافة إلى انخفاض استهلاك الطاقة لنظام التبريد نفسه، يساعد تبريد السائل باللوحة الباردة على خفض درجات حرارة الشريحة بشكل أكبر، مما يؤدي إلى زيادة الموثوقية وانخفاض استهلاك الطاقة. ومن المتوقع أن ينخفض ​​استهلاك الطاقة الإجمالي للنظام بنحو 5%.

 

 

V سهولة الصيانة: تتيح خزائن الخادم المتكاملة إجراء صيانة مبسطة آلية وذكية

 

مع تطور التكنولوجيا وزيادة الطلب، تتوسع مراكز الطاقة الحاسوبية في الحجم، وتصبح بيئات تطبيقاتها ونظامها أكثر تعقيدًا، مما يتطلب المزيد من القوى العاملة والدعم الفني لضمان الاستقرار والأمان. تحظى خزانات التبريد السائل ذات اللوحة الباردة المتكاملة باعتراف واسع النطاق في السوق لمزاياها في النشر السريع والصيانة المريحة.

 

▲ خزانة تبريد سائلة مدمجة بلوحة باردة

 

تحقق خزائن الخوادم المبردة بالسائل صيانة آلية بدون أي كابلات من خلال تصميم إدخال أعمى بثلاثة حافلات لدائرة مياه التبريد السائل وإمدادات الطاقة وشبكة التبادل، مما يبسط إلى حد كبير عملية الصيانة ويقلل من مخاطر الفشل.

 

• بعد التثبيت والاختبار وتصحيح الأخطاء على خط الإنتاج، يمكن تسليم خزانات الخادم المبردة بالسائل مباشرة إلى مركز بيانات العميل، مما يؤدي إلى عدم التثبيت في الموقع وتقليص دورة التسليم إلى بضعة أيام.
• تستخدم خطوط الأنابيب الجانبية الثانوية تصميمًا معياريًا، مع مكونات مصنعة مسبقًا في المصنع، مما يزيل الحاجة إلى اللحام والتنظيف في الموقع، ويحسن الكفاءة بنسبة 50%، ويسرع بشكل كبير من النشر والتنشيط.
• علاوة على ذلك، تتميز خزائن الخوادم المبردة بالسائل بالصيانة الآلية، والتعرف التلقائي على موضع الخادم على شكل حرف U، وتكامل إدارة الشبكة التابعة لجهات خارجية، والإدارة الذكية، مما يبسط عمليات الصيانة مع تحسين كفاءة الصيانة.

 

بفضل التصميم المتكامل، فإن الصيانة الآلية بدون كابلات لخزانات الخوادم المبردة بالسائل، واستبدال المكونات بكفاءة، وتسليم الخزانة بسرعة، وتصميم خط الأنابيب بكفاءة، وقدرات الصيانة الذكية تجعل الصيانة أكثر ملاءمة، والنشر أسرع، والعمليات أكثر كفاءة، مع تقليل تكاليف الصيانة ومدخلات العمالة. تجعل هذه المزايا خزانات الخوادم المبردة بالسائل الخيار الأمثل للتشغيل الموثوق به والتطوير المستقبلي لمراكز طاقة الحوسبة.

 

 

VI سهولة التحديث: مزايا التشغيل المرنة تدعم ترقية وتحويل مراكز البيانات القديمة

 

في مواجهة متطلبات وسياسات استهلاك الطاقة المشددة، تواجه مراكز الطاقة الحاسوبية التقليدية تحديات كبيرة. لتلبية متطلبات الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة، يجب على مشغلي مراكز الطاقة الحاسوبية اتخاذ تدابير فعالة. ومن بين هذه التدابير، أصبحت عملية إعادة التجهيز بالهواء إلى السائل، بكفاءتها الاقتصادية الكبيرة واستخدامها العالي للطاقة وأدائها الممتاز، مسارًا مجديًا لمشغلي مراكز الطاقة الحاسوبية للتكيف مع متطلبات استهلاك الطاقة الحالية والتحديات البيئية.

 

▲ تقنية التبريد السائل

 

من خلال تحويل طرق التبريد لبعض الخوادم أو جميعها من تقنية التبريد الهوائي التقليدية إلى تقنية التبريد السائل الفعّالة، يمكن لمراكز طاقة الحوسبة تحسين استخدام الطاقة بشكل كبير، وتقليل قيم PUE، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي. لا تساعد هذه الخطوة في تلبية متطلبات استهلاك الطاقة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة تبريد الخادم، وزيادة سعة الحوسبة، وتقليل المشكلات المتعلقة بضوضاء المروحة ودوران الهواء، وتحسين استقرار وموثوقية الخوادم.

 

• أولاً، توفر تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة توافقًا أفضل للمواد مع المكونات المولدة للحرارة. في نظام تبريد السائل باللوحة الباردة، يتدفق سائل التبريد فقط عبر أنابيب اللوحة الباردة ولا يتلامس مباشرة مع اللوحة الأم للخادم ومكونات توليد الحرارة. لذلك، ليست هناك حاجة لتصميم مادة خاصة للوحة الأم ومكونات توليد الحرارة. عند اختيار سائل التبريد، يحتاج المرء فقط إلى مراعاة توافقه مع خط أنابيب الدورة واللوحة الباردة. وهذا يجعل تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة أكثر مرونة وملاءمة لمعدات الخادم المختلفة دون الحاجة إلى تعديلات مكثفة للأجهزة.
• ثانيًا، من السهل تعديل تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة. لا تغير هذه التقنية الشكل الأصلي للوحة الأم للخادم، بل تعدلها مع الاحتفاظ باللوحة الأم الموجودة. لا تسمح طريقة التعديل هذه بالتفكيك السهل والتركيب المريح فحسب، بل توفر أيضًا جدوى أفضل من حيث التكنولوجيا والصناعة والإنتاج على نطاق واسع. نظرًا لأنها لا تتطلب تغييرات أو استبدالات كبيرة للوحة الأم، فإن تركيب وصيانة تقنية التبريد السائل باللوحة الباردة أبسط وأكثر ملاءمة، مع تقليل صعوبة توسيع نطاق الإنتاج في التكنولوجيا والصناعة. على النقيض من ذلك، تتطلب تقنية التبريد السائل بالغمر عادةً تصميم لوحات أم متخصصة مبردة بالسائل لاستيعاب خصائصها المغمورة بالكامل، مما يزيد بلا شك من التكاليف الفنية والتصنيعية.

 

وباستغلال هذه المزايا، أصبحت تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة أكثر ملاءمة وفعالية من حيث التكلفة في التطبيقات العملية، مما يجعلها التقنية المفضلة لترقية وتحديث أنظمة التبريد الهوائية-السائلة القديمة في مراكز الطاقة الحاسوبية.