الطلب المتزايد يشعل ثورة في قوة الحوسبة، والتبريد السائل سيقود نمو الصناعة بقوة!

 

منذ عام 2023، حظي نموذج روبوت الدردشة الذكي من OpenAI، ChatGPT، بإشادة واسعة النطاق. فهو يستخدم كميات كبيرة من بيانات التدريب لمحاكاة سلوك اللغة البشرية، وتوليد النص من خلال التحليل الدلالي، مما يسمح له بالتفاعل مع المستخدمين بطريقة طبيعية وواقعية، وغالبًا ما لا يمكن تمييزه عن التفاعل البشري.

 

في العديد من المجالات، مثل إنشاء الشعر وكتابة السيناريو، يتفوق الذكاء الاصطناعي حتى على القدرات البشرية. ومع ذلك، يتطلب تطوير الذكاء الاصطناعي قوة حوسبة هائلة، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك طاقة الخادم، وكثافة طاقة أعلى لكل وحدة في مراكز البيانات، وارتفاع استهلاك الطاقة. لم تعد تقنية التبريد بالهواء التقليدية قادرة على تلبية احتياجات التبريد، مما يجعل التبريد السائل ضرورة من شأنها بلا شك أن تدفع نمو الصناعة!

 

▲ نموذج Chatbot AI الخاص بـ OpenAI، ChatGPT

 

 

Ⅰ النجاح الهائل الذي حققه برنامج ChatGPT: ما نوع قوة الحوسبة التي يحتاجها؟

 

البيانات والخوارزميات وقوة الحوسبة هي العناصر الأساسية الثلاثة للذكاء الاصطناعي، حيث تسمى قوة الحوسبة "محرك" الذكاء الاصطناعي. تعتمد كل من البيانات والخوارزميات على قوة الحوسبة. وفقًا لتقديرات OpenAI، منذ عام 2012، تضاعفت قوة الحوسبة المطلوبة لتدريب أفضل نماذج الذكاء الاصطناعي في العالم كل 3-4 شهرًا تقريبًا، مع زيادة سنوية في قوة الحوسبة المطلوبة لأفضل نماذج التدريب تصل إلى عشرة أضعاف. خلال مرحلة التدريب، استهلك ChatGPT ما مجموعه حوالي 3640 يومًا من PF (وهو ما يعني التشغيل بكفاءة 1 PetaFLOP/s لمدة 3640 يومًا). وهذا يسلط الضوء على أن قوة الحوسبة القوية هي المفتاح لدعم المزيد من تطبيق وترويج المحتوى الناتج عن الذكاء الاصطناعي (AIGC) في المستقبل.

 

خذ ChatGPT كمثال: فهو مدعوم بنموذج GPT-3.5، الذي مر بثلاث تكرارات (GPT-1، GPT-2، GPT-3)، مع زيادة عدد المعلمات من 117 مليونًا إلى 175 مليارًا، وزيادة كمية بيانات ما قبل التدريب من 5 جيجابايت إلى 45 تيرابايت (أي ما يعادل 160 ضعف النسخة الإنجليزية الكاملة من ويكيبيديا). تتطلب هذه الكمية الهائلة من البيانات والحوسبة قوة حوسبة أعلى لدعم تشغيلها. وفقًا لبيانات من Similarweb، في يناير 2023، كان لدى ChatGPT حوالي 13 مليون مستخدم نشط يوميًا، كل منهم يطرح أسئلة يبلغ متوسطها حوالي 1،000 كلمة.

 

وقد أدى هذا إلى توليد ما يقرب من 13 مليار كلمة (17.33 مليار رمز مميز). وبافتراض أن المهام موزعة بالتساوي على مدار 24 ساعة، فإن عدد وحدات معالجة الرسوميات A100 المطلوبة سيكون 17.33 مليار * 2 * 300 مليار / (20% * 24 ساعة * 3600 ثانية)=601.75 بيتافلوب/ثانية. ونظرًا لوجود ذروات حركة المرور، وبافتراض أن ذروة حركة المرور تبلغ خمسة أضعاف المتوسط ​​اليومي، فسوف تكون هناك حاجة إلى ما مجموعه 602 خادم DGX A100 لتلبية الطلب الحالي على حركة المرور، مما يجعل متطلبات قوة الحوسبة صارمة للغاية.

 

يوضح هذا أنه لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي بشكل أفضل وتطبيق نماذج الذكاء الاصطناعي حقًا عبر مختلف الصناعات، هناك حاجة إلى قوة حوسبة أكثر كفاءة وموارد حوسبة أكثر وفرة. أصبحت قوة الحوسبة عاملاً حاسماً يحد من تصنيع الذكاء الاصطناعي، ومن المؤكد أنها ستؤدي إلى ثورة جديدة في قوة الحوسبة! مع الزيادة السريعة في الطلب على قوة الحوسبة للذكاء الاصطناعي، تتسارع قوة وحدات المعالجة المركزية/وحدات معالجة الرسومات ذات الصلة، مما يتطلب حلول تبريد أقوى وأكثر فعالية للحفاظ على تشغيل المعدات بسلاسة.

 

 

2- التطبيقات الواسعة لقوة الحوسبة

 

في عصر الاقتصاد الرقمي، لا تشكل قوة الحوسبة عامل إنتاجية رئيسي فحسب، بل إنها ستصبح أيضًا عاملًا عالميًا يتم تطبيقه. ومع تقدم بناء البنية الأساسية لقوة الحوسبة، تظهر نماذج وأشكال عمل جديدة لتطبيقات قوة الحوسبة بسرعة، مما يدمج قوة الحوسبة بشكل عميق في المزيد من الصناعات، مثل التصنيع والنقل والتعليم والفضاء والتمويل والإعلام. وفي الوقت نفسه، أصبحت جدولة قوة الحوسبة وإدارتها وتداولها نقاطًا محورية لاستكشاف الصناعة. تتطور قوة الحوسبة من "مورد" إلى "عامل"، لتصبح جزءًا أساسيًا من إنتاج الناس وحياتهم.

 

لقد أدى تطور العديد من الصناعات إلى انفجار الطلب على طاقة الحوسبة. ولتحقيق أقصى قدر من أداء المعالج، يلزم زيادة كفاءة التبريد، ولم تعد تقنية التبريد الهوائي التقليدية قادرة على تلبية متطلبات طاقة الحوسبة المتزايدة. ومن المتوقع أن تكتسب خوادم التبريد السائل، بمزاياها، حصة سوقية كبيرة وتدفع بقوة تطوير الصناعة!

 

 

Ⅲ زيادة كبيرة في الطلب على التبريد السائل

 

في عام 2022، تجاوز استهلاك وحدة المعالجة المركزية الفردية لمعالجات الخوادم من الجيل الرابع من إنتل 350 واط، وتجاوز استهلاك وحدة معالجة الرسومات الفردية من إنفيديا 700 واط. وصلت كثافة طاقة الحوسبة لمجموعات الذكاء الاصطناعي عمومًا إلى 50 كيلو واط لكل خزانة، ولم تعد تقنية التبريد بالهواء التقليدية قادرة على التعامل مع ذلك! هناك حاجة إلى كفاءة تبريد أعلى لتعظيم أداء المعالج.

 

وفي الوقت نفسه، من منظور السياسة، أدى إطلاق مشروع "البيانات الشرقية والحوسبة الغربية" في الصين وأهداف الكربون المزدوج إلى جعل الصناعة تولي المزيد من الاهتمام للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات والتنمية عالية الجودة. وتم وضع متطلبات فنية أكثر صرامة لفعالية استخدام الطاقة (PUE) لمراكز البيانات، مع خفض متوسط ​​فعالية استخدام الطاقة لمراكز البيانات الكبيرة والضخمة التي تم بناؤها حديثًا في جميع أنحاء البلاد إلى أقل من 1.3، ثم خفضها إلى أقل من 1.25 في عقد المحور الوطنية.

 

يلبي التبريد السائل احتياجات فعالية السوق من حيث التكلفة والتوجيه السياسي في العديد من الجوانب، بما في ذلك الكفاءة الاقتصادية وأداء التبريد، مما يجعله قيمًا للغاية ومفيدًا اقتصاديًا. وفقًا لشركة CCID Consulting، من المتوقع أن يتجاوز سوق IDC المبرد بالسائل في الصين 120 مليار يوان بحلول عام 2025، بمعدل نمو يزيد عن 30٪ ومعدل اختراق يبلغ حاليًا حوالي 20٪. يتزايد الطلب على التبريد السائل بشكل كبير، وآفاق السوق واعدة.

 

 

Ⅳ سلسلة صناعة خوادم التبريد السائل

 

1. بانوراما صناعة التبريد السائل

تشتمل صناعة خوادم التبريد السائل على أكثر من مجرد خوادم التبريد السائل؛ فسلسلة الصناعة بأكملها طويلة، مع مجالات فرعية واسعة والعديد من اللاعبين المشاركين، مما يجعلها صناعة كثيفة رأس المال.تشهد تقنية التبريد السائل حاليًا مرحلة تطور سريعة، وإذا كان لدى اللاعبين ذوي الصلة مزايا في التمويل أو اكتساب العملاء، فيمكنهم بناء حواجز معينة للدخول.

 

تتسلل الشركات في مختلف المجالات الفرعية تدريجيًا إلى المجالات ذات الصلة بناءً على مزاياها الأساسية، وتبني أنظمتها البيئية الخاصة. وفقًا للتقسيم من البنية الأساسية إلى التطبيقات، يمكن تقسيم صناعة مراكز البيانات المبردة بالسائل إلى ثلاثة مجالات فرعية رئيسية: البنية الأساسية للتبريد السائل، والصناعة المتوسطة، وتطبيقات الصناعة.

 

يوفر قطاع البنية الأساسية للتبريد السائل المعدات والمرافق الأساسية لبناء مراكز البيانات المبردة بالسائل. وينقسم إلى مجالات فرعية مثل خزانات التبريد السائل، والمبردات، وأنظمة التبريد، وأنظمة الطاقة، وأنظمة الشبكات، وأنظمة إدارة البنية الأساسية لمركز البيانات. توفر هذه المجالات الفرعية بشكل أساسي المعدات وأنظمة البرامج والمبردات لتشغيل الخادم. بالإضافة إلى ذلك، يشمل قطاع البنية الأساسية مقاولي البناء ومشغلي الشبكات وموردي الطاقة. مقاولو البناء مسؤولون عن بناء وتثبيت المعدات والمرافق المذكورة أعلاه، ويوفر مشغلو الشبكات الوصول الأساسي إلى الشبكة، ويوفر موردو الطاقة الكهرباء اللازمة لتشغيل المعدات. توفر هذه المجالات بيئة محيطية أساسية نسبيًا لمراكز البيانات.

 

تشمل صناعة منتصف الطريق مصنعي الخوادم ومقدمي خدمات استضافة مراكز البيانات وبعض الوافدين الجدد. يقوم مصنعو الخوادم بالبحث وتصميم وإنتاج خوادم مناسبة لبيئات التبريد السائل أو إنتاج خوادم مبردة بالسائل مباشرة. يقوم مقدمو خدمات استضافة مراكز البيانات ببناء وتشغيل مراكز البيانات، والاستفادة من مزاياهم الخاصة لدمج الموارد من قطاع البنية الأساسية وتقديم خدمات استضافة الخوادم لمستخدمي التطبيقات. مع التطور السريع لمراكز البيانات، تدخل شركات جديدة مجال مراكز البيانات المبردة بالسائل.

 

ينقسم مستخدمو تطبيقات مراكز البيانات بشكل أساسي إلى ثلاثة مجالات فرعية: الحوسبة السحابية وقوة الحوسبة السحابية، والإنترنت والبلوك تشين، والمستخدمون الآخرون. وهم المستخدمون الأساسيون لمراكز البيانات. تولد الحوسبة السحابية ومزودو قوة الحوسبة السحابية إيرادات من خلال تقديم تخصيص وجدول مرن لقوة الحوسبة للعملاء من خلال المحاكاة الافتراضية. غالبًا ما تقوم بعض شركات الإنترنت والبلوك تشين الكبرى ببناء مراكز البيانات مباشرة بالتعاون مع مشغلي مراكز البيانات، بينما يستضيف مستخدمون آخرون عمومًا أو يستأجرون موارد الخادم أو قوة الحوسبة من مشغلي مراكز البيانات بشكل مباشر.

 

2. نظرة عامة على صناعة التبريد السائل

بالمقارنة مع التبريد الهوائي، توفر تقنية التبريد السائل مزايا الاستقرار العالي وكفاءة التبريد العالية. ومن منظور التطبيق الشامل، يكشف التبريد السائل تدريجيًا عن مزاياه الاقتصادية عندما تتجاوز كثافات الطاقة 15 كيلو وات لكل خزانة. وفقًا لـتطبيق UPSوفقًا للمجلة، يمكن أن تكون درجة حرارة نواة وحدة المعالجة المركزية في الخوادم المبردة بالسائل أقل بـ 20-30 درجة من الحد الأقصى لدرجة الحرارة في الأنظمة المبردة بالهواء، مما يحسن الموثوقية بشكل كبير.

 

الورقة البيضاء لشركة إنتل،ممارسات الابتكار في مراكز البيانات الخضراء - مرجع تصميم نظام التبريد السائل باللوحة الباردةيشير ذلك إلى أن مراكز البيانات المبردة بالهواء يمكنها عادةً إدارة التبريد للخزانات ذات مستويات الطاقة التي تصل إلى 12 كيلو وات. بالنسبة للخزانات التي تتجاوز 15 كيلو وات، فقد وصلت مراكز البيانات المبردة بالهواء الحالية إلى الحد الأقصى لقدراتها على تبريد الحمل الحراري. يمكن لتقنية التبريد السائل، التي توفر قدرات تبريد أقوى، أن تدعم كثافات طاقة أعلى.

 

بالمقارنة مع حلول التبريد بالهواء، فإن الاتجاه نحو التبريد السائل الذي تقوده AIGC ومبادرات "Eastern Data, Western Computing" سيؤدي حتماً إلى ارتفاع في كل من حجم وسعر سوق التحكم في درجة حرارة مراكز البيانات. تتبع صناعة الخوادم المبردة بالسائل ثلاثة مسارات تكنولوجية: التبريد باللوحة الباردة، والتبريد بالغمر، والتبريد بالرش.تتضمن تقنية تبريد السائل باللوحة الباردة طريقة تبريد لا يتصل فيها سائل التبريد مباشرة بالمكونات المولدة للحرارة في الخادم.

 

▲ تبريد اللوحة الباردة

 

▲ نظام تبريد السائل بالرش

 

▲ تبريد الغمر السائل أحادي الطور

 

▲ التبريد ثنائي الطور

 

بدلاً من ذلك، يتم توصيل المكونات الرئيسية المولدة للحرارة بلوحة باردة، مع دوران سائل التبريد داخل نظام التبريد السائل الداخلي للوحة الباردة لإزالة الحرارة. لتعزيز قدرات تبادل الحرارة، يجب زيادة مساحة تبادل الحرارة إلى أقصى حد، مما يتطلب ربط اللوحة الباردة بأكبر قدر ممكن من سطح مكونات توليد الحرارة في الخادم. يصعب تبريد المكونات المولدة للحرارة ذات الشكل غير المنتظم باستخدام هذه الطريقة. فقط الرقائق ذات الشكل المنتظم نسبيًا مناسبة لتبريد اللوحة الباردة.

 

وهذا يمثل مشكلة كبيرة لحلول التبريد السائل باللوحة الباردة: حيث لا يزال حوالي 30% من حرارة الخادم، والتي يتم توليدها بواسطة مكونات أخرى مثل التخزين والذاكرة وإمدادات الطاقة، تتطلب التبريد الهوائي التقليدي. ويؤدي هذا إلى الحاجة إلى استخدام نظامين للتبريد في وقت واحد في حلول التبريد السائل باللوحة الباردة، مما يزيد من التكاليف وفعالية استخدام النظام الفعلية. إن حل اللوحة الباردة الحالي ناضج نسبيًا، وله أساس تجاري متين، وقد شهد بالفعل العديد من التطبيقات التجارية.

 

▲ حلول تبريد السائل باللوحة الباردة

 

يشير التبريد السائل بالغمر إلى الغمر الكامل لمعدات الخادم في سائل التبريد، حيث يتم تحقيق التبريد من خلال الاتصال المباشر بين سائل التبريد والمكونات المولدة للحرارة. في هذه الطريقة، يتم غمر المكونات المولدة للحرارة في الخادم بالكامل في سائل التبريد، مما يسمح بالاتصال الكافي بسائل التبريد، والذي يحمل الحرارة المتولدة باستمرار، وبالتالي تبريد الخادم. يوفر التبريد بالغمر كفاءة تبريد أعلى، مع إمكانية زيادة كثافة الطاقة لكل خزانة بأكثر من ثلاثة أضعاف. ومن المتوقع أن يشكل أكثر من 40٪ من السوق بحلول عام 2025، ومن المرجح أن تصبح الخوادم المبردة بالغمر الكامل بالسائل اتجاهًا تكنولوجيًا مستقبليًا.

 

▲ تبريد السائل بالغمر

 

نظام التبريد بالرش السائل هو تقنية تبريد سائل ذات اتصال مباشر مصممة لرش سائل التبريد بدقة على المكونات المولدة للحرارة في الخوادم. يتم تطبيق سائل التبريد مباشرة على الأجهزة المولدة للحرارة أو المواد الصلبة الموصلة للحرارة المتصلة بها، إما عن طريق الجاذبية أو ضغط النظام. تسمح هذه العملية بتبادل الحرارة لتبريد الخادم. أثناء تبادل الحرارة، يتم الحفاظ على مستوى سائل التبريد داخل الخادم أقل من المكونات المولدة للحرارة أو المواد الصلبة الموصلة للحرارة المتصلة بها. يستخدم النظام وحدات تبادل الحرارة الخارجية لتبريد سائل التبريد وإعادة تدويره.

 

 

3. المشهد السوقي للتبريد السائل

باعتبارها تقنية متقدمة، فإن التبريد السائل يشمل العديد من التخصصات والمجالات، مع وجود حواجز تقنية عالية.

في الوقت الحالي، يظل استخدام تقنية التبريد السائل بين مصنعي البنية التحتية لمراكز البيانات المحلية والدولية منخفضًا نسبيًا، مع إتقان عدد قليل من الشركات لهذه التقنية.

 

ومع ذلك، بدأت العديد من الشركات على الصعيدين المحلي والدولي في تقديم حلول تبريد سائل مخصصة لعملائها، وتقوم بعض شركات التكنولوجيا ببناء ونشر مراكز البيانات المبردة بالسائل الخاصة بها تدريجيًا. وعلى الرغم من ذلك، لا يزال معدل تبني تقنية التبريد السائل بين مصنعي البنية الأساسية لمراكز البيانات منخفضًا، ولم يشهد السوق بعد ظهور قادة مهيمنين، مما يجعل المشهد التنافسي لا يزال غير مؤكد.

 

وفي السوق الصينية، أظهرت بعض الشركات، من خلال سنوات من التراكم التكنولوجي والخبرة، مزايا تقنية وسوقية كبيرة، ومن المتوقع أنه في المستقبل، ستهيمن الشركات الرائدة على السوق، مما يشكل مشهدًا تنافسيًا حيث تحتفظ الشركات الكبرى بحصة سوقية كبيرة.

 

4. التبريد السائل على مستوى الشريحة

يعد تقليل المسافة بين معدات التبريد السائل ومصادر الحرارة الأساسية مثل الرقائق اتجاهًا مهمًا. في المستقبل، من المتوقع أن يتطور التبريد من مستوى الغرفة ومستوى الخزانة ومستوى الخادم إلى مستوى الشريحة، مما يحقق تبريدًا أفضل للرقاقة من خلال الاتصال المباشر بين مكونات التبريد وسطح الشريحة. تعمل مبردات السائل على تبديد الحرارة عن طريق نقل كميات كبيرة من الحرارة بعيدًا من خلال الاحتكاك بين تدفق السائل والسطح الداخلي للمبرد. بالمقارنة مع أنظمة التبريد بالهواء التقليدية، يمكن للتبريد السائل تحسين كفاءة التبريد بشكل كبير. حاليًا، تنقسم تقنية التبريد السائل بشكل أساسي إلى أنواع غير مباشرة ومباشرة.

 

وفقا لأحدثتتبع سوق خوادم التبريد السائل نصف السنوي في الصين (النصف الثاني من عام 2022)وفقًا لتقرير نشرته شركة البيانات الدولية (IDC)، وصل سوق خوادم التبريد السائل الصيني إلى 1.01 مليار دولار في عام 2022، وهو ما يمثل نموًا سنويًا بنسبة 189.9٪. وتتوقع IDC أنه من عام 2022 إلى عام 2027، سيصل معدل النمو السنوي المركب لسوق خوادم التبريد السائل في الصين إلى 56.6٪، ومن المتوقع أن يصل حجم السوق إلى 9.5 مليار دولار بحلول عام 2027، مما يشير إلى مستقبل مشرق لصناعة التبريد السائل!

 

 

▲ توقعات سوق الخوادم المبردة بالسائل في الصين من 2023 إلى 2027