تواجه خوادم الذكاء الاصطناعي المبردة بالسوائل اختناقات

 

 

 

ومع زيادة شحنات رقائق بلاكويل، فإن رغبة العملاء في اعتماد التبريد السائل سوف ترتفع أيضًا.

أفاد المطلعون على الصناعة أن توريد أجهزة الفصل السريع العالمية (UQD) لحلول التبريد السائل أصبح ضيقًا، مما قد يصبح عنق الزجاجة الرئيسي لنمو التبريد السائل لخادم الذكاء الاصطناعي.

 

تشير الشركات المصنعة للخادم ODM إلى أن شرائح Blackwell AI من Nvidia، بما في ذلك B100 وB200، ستبدأ في الشحن هذا العام، في حين أن حل GB200 لن يدخل الإنتاج الضخم حتى نهاية عام 2024 أو 2025. ولا يزال معظم عملاء B100 وB200 يستخدمون تصميمات تبريد الهواء. ، لكن الشركات المصنعة لتصنيع التصميم الشخصي (ODM) أبلغت عن زيادة مستمرة في اختراق التبريد السائل، متوقعة أن رغبة العملاء في اعتماد التبريد السائل سترتفع أيضًا مع زيادة شحنات شرائح بلاكويل.

 

▲ خوادم الذكاء الاصطناعي المبردة بالسوائل

 

 

I توسيع القدرة لتلبية الطلب المتزايد على التبريد السائل

 

وتقوم الشركات ذات الصلة بتوسيع الإنتاج للترحيب بالعصر الجديد من التبريد السائل. تخطط شركة Amlogic المصنعة للوحدات الحرارية لزيادة طاقتها الإنتاجية الشهرية لألواح تبريد المياه من 30,000 إلى 300,000 وحدة.

 

أنشأت شركة Auras مصنعًا جديدًا في تايلاند لمعالجة المخاوف والمطالب الجيوسياسية للعملاء. ومن المتوقع أن يبدأ هذا المصنع الإنتاج الضخم في الربع الثالث. بالإضافة إلى توسيع القدرة الإنتاجية المحلية لألواح التبريد، تخطط Auras أيضًا لإنتاج وحدات توزيع التبريد (CDU) ومشعبات توزيع سوائل التبريد (CDM) محليًا، بقدرة شهرية مخططة تبلغ حوالي 2,000-3,{{2 }} مجموعات.

 

ذكرت الشركة المصنعة للوحدات الحرارية AVC في مكالمة أرباحها الأخيرة أن طاقتها الإنتاجية الشهرية لوحدة لوحة التبريد في الصين وفيتنام تبلغ حوالي 115,000 وحدة، وهو ما يترجم إلى إنتاج شهري يبلغ حوالي 420,000 وحدة عندما تحسب بواسطة لوحات التبريد.

 

وتخطط شركة AVC لزيادة طاقتها بنسبة 50% بحلول نهاية العام. تخطط AVC أيضًا لزيادة طاقتها الإنتاجية الشهرية لوحدات CDU إلى 1,{2}} وحدة ولوحدات CDM إلى 30,000 مجموعة. وأكدت شركة AVC أن هذه السعة المخططة يمكن تعديلها بمرونة بناءً على طلبات العملاء.

 

تعمل شركة التكنولوجيا الحرارية Goli Thermal Processing على توسيع طاقتها الإنتاجية في مصنع Zhongli في تايوان بسبب زيادة طلب العملاء على التبريد السائل. بحلول نهاية الربع الثالث، من المتوقع أن ترتفع السعة الشهرية لآلات التنمية النظيفة من 1,000 وحدة إلى 2,000 وحدة، وبحلول نهاية العام إلى 4,{{5} } وحدة، ومن المتوقع أيضًا أن يصل إنتاج CDU السنوي إلى 2,000 وحدة بحلول نهاية العام.

 

لدى هذه الشركات المصنعة توقعات عالية للطلب على التبريد السائل، ويرجع ذلك أساسًا إلى الكفاءة الحسابية ومعايير PUE لمراكز البيانات في الصين والاتحاد الأوروبي، ولكن العامل الأكثر أهمية هو رفع Nvidia القيود المفروضة ذاتيًا على المواصفات الحرارية لمصنعي الرقائق.

 

 

II يؤدي النمو السريع للتبريد السائل إلى نقص UQD

 

نظرًا لأن الصناعة تتوقع بفارغ الصبر وصول عصر التبريد السائل، فقد أصبحت UQD أكبر عنق الزجاجة أمام النمو. أشار مصنعو الوحدات الحرارية إلى أن المعروض من UQDs أصبح ضيقًا مؤخرًا. على الرغم من أن الحصة السوقية الحالية للتبريد السائل لا تتجاوز رقمًا واحدًا، إلا أنها إذا ارتفعت إلى رقمين في المستقبل، فقد يصبح من الصعب الحصول على UQDs.

 

يأتي موردو UQD في المقام الأول من أوروبا والولايات المتحدة، مثل الشركات الأمريكية الكبرى Parker Hannifin وCPC، وشركة Staubli International السويسرية، وشركة Danfoss الدنماركية، وشركة Cejn السويدية. تدخل شركة Lotes، عملاق مكونات الموصلات التايوانية، السوق أيضًا وبدأت في تسليم العينات.

 

أشار رئيس شركة Anbo Technology، Liang Zhijian، إلى أنه نظرًا لأن التبريد السائل يهدف في المقام الأول إلى تجنب التسربات، وأن UQDs هي المكونات الأكثر عرضة للتسرب، فإن إمدادات UQD هي الأكثر تقييدًا بين مكونات التبريد السائل. هذه ليست مسألة فنية فقط؛ تتمتع الشركات المصنعة ذات الصلة أيضًا بحماية براءات الاختراع، وتقوم شركة Anbo Technology بالبحث عن طرق لاختراق حواجز براءات الاختراع هذه.

 

لاحظ المطلعون على الصناعة أنه على الرغم من أن الشركات المصنعة لـ UQD تتمتع بحماية براءات الاختراع، إلا أنها يجب أن تخضع أيضًا لعمليات التحقق المتعددة، بما في ذلك شهادة OCP والتحقق من صحة العميل، والتي تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب عمالة مكثفة. علاوة على ذلك، فإن المصنعين الأوروبيين والأمريكيين الحاليين ليس لديهم أي نية لتوسيع القدرة، الأمر الذي سيصبح عنق الزجاجة الرئيسي أمام التطور السريع للتبريد السائل.

 

Supermicro هي واحدة من أسرع الشركات المصنعة للتبريد السائل نموًا. أشار المؤسس والرئيس التنفيذي ليانغ جيانهو إلى أن التبريد السائل يمثل 1% فقط من سوق الخوادم على مدار الثلاثين عامًا الماضية، لكنه يقدر أنه بحلول عام 2025، سيقفز معدل الاختراق إلى 30%.

 

 

III التبريد السائل كحل محتمل؛ طفرة الذكاء الاصطناعي تضغط على الشبكة

 

أدى التطور السريع للذكاء الاصطناعي التوليدي إلى توسع غير مسبوق في مراكز البيانات، مما أثار المخاوف بشأن تأثيرها على شبكة الكهرباء. يمكن أن تؤدي هذه المرافق كثيفة الاستهلاك للطاقة إلى انقطاع التيار الكهربائي وزيادة تكاليف الطاقة. ووفقا لتقديرات معهد أبحاث الطاقة الكهربائية، بحلول عام 2030، يمكن أن تستهلك مراكز البيانات 9٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة، وهو ضعف الرقم الحالي. إن استهلاك الكهرباء في مركز بيانات كبير يعادل استهلاك مئات الآلاف من الأسر.

 

إن الطلب المتزايد على الطاقة من الذكاء الاصطناعي مثير للقلق بشكل خاص. استهلكت نماذج الذكاء الاصطناعي المبكرة عشرة أضعاف الطاقة التي يستهلكها بحث جوجل، بينما تتطلب الرقائق الأحدث طاقة أكبر. ويحذر الخبراء من أن التطور المستقبلي للذكاء الاصطناعي قد يكون محدودًا بقدرتنا على توليد الطاقة الكافية.

 

وتواجه بعض البلدان تحديات خطيرة. على سبيل المثال، بحلول عام 2026، قد يكون لدى أيرلندا 30% من احتياجاتها من الكهرباء مخصصة لمراكز البيانات. في الولايات المتحدة، يتركز استهلاك الكهرباء في مراكز البيانات في 15 ولاية، مع كون ولايتي تكساس وفيرجينيا هي الأعلى. ولاية كاليفورنيا في وضع حرج، حيث من المتوقع أن تولد مراكز البيانات الجديدة طلبات من الكهرباء تتجاوز احتياجات محطات الطاقة النووية.

 

 

IV مراكز البيانات: استهلاك الطاقة الضخم وصعود التبريد السائل

 

تؤدي المتطلبات الحسابية للذكاء الاصطناعي إلى ارتفاع درجات حرارة الخادم وانبعاثات الكربون، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الطلب على أنظمة التبريد. تمثل أنظمة التبريد 40% من إجمالي استهلاك الطاقة لمركز البيانات، مما يجعلها ثاني أكبر مصدر لاستهلاك الطاقة بعد الخوادم نفسها. ومن المتوقع أن ينمو سوق تبريد الخوادم العالمي من 20 مليار دولار في عام 2024 إلى 90 مليار دولار بحلول عام 2027. ومن المتوقع أن يرتفع سوق أنظمة التبريد السائل في مراكز البيانات من 1% إلى 22%، مع توقع نمو القيمة السوقية من 317 مليون دولار إلى 22%. 7.8 مليار دولار في الأعوام الثلاثة المقبلة

 

أصبحت حلول التبريد السائل، التي تستخدم الماء أو المبردات لتبريد الخوادم، ذات شعبية متزايدة. تشمل التقنيات الجديدة التبريد الغاطس (غمر رفوف الخوادم بالكامل في سوائل غير موصلة للكهرباء) والتبريد السائل المباشر (تدوير المياه حول الخوادم). على الرغم من أنه حاليًا أكثر تكلفة من أنظمة تبريد الهواء، إلا أن التبريد السائل يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة في مركز البيانات بنسبة 10% أو أكثر.

 

تتوقع شركة الأبحاث Global Market Insights أن ينمو سوق التبريد السائل العالمي لمراكز البيانات من 2.1 مليار دولار في عام 2022 إلى 12.2 مليار دولار بحلول عام 2032. ووجد استطلاع أجراه معهد Uptime أن 16٪ من مديري مراكز البيانات يعتقدون أن التبريد السائل سيصبح التبريد الأساسي الطريقة خلال 1-3 سنة، بينما يعتقد 41% أن الأمر سيستغرق 4-6 سنة. ولذلك، من المرجح أن تظهر طرق التبريد الهجينة على المدى القصير.

 

أشارت شركة Upsite Technologies، الشركة الرائدة في إدارة أنظمة تبريد الهواء لمراكز البيانات، إلى أنه على الرغم من التقدم التكنولوجي المستمر، فإن تحقيق مراكز بيانات مبردة بالسوائل بنسبة 100% أمر غير مرجح على المدى القصير، حيث لا تزال معدات التبريد بالسوائل تتطلب تبريد الهواء لتبديد الحرارة . على الرغم من أن التبريد السائل أكثر كفاءة، إلا أنه من الصعب تنفيذه على نطاق واسع ويتطلب استثمارات كبيرة مقدمًا. تبريد الهواء أقل تكلفة ولكنه أقل كفاءة أيضًا. وبالتالي، أصبحت مرافق التبريد الهجين ذات شعبية متزايدة لتحقيق أقصى قدر من فوائد التبريد السائل والهواء.

 

 

V أزمة الطاقة في مراكز البيانات تدعو إلى اتخاذ إجراءات عاجلة

 

نظرًا لتأثيرها البيئي، تخضع مراكز البيانات لتدقيق متزايد. تنفذ الحكومات في جميع أنحاء العالم لوائح للتحكم في استهلاكها للطاقة وانبعاثات الكربون. وتجسد المبادئ التوجيهية التي أطلقتها الصين بشأن "مركز البيانات الخضراء" والمبادرات المماثلة في ألمانيا وسنغافورة واليابان هذا الاتجاه. يؤكد خبراء الصناعة مثل شنايدر إلكتريك على الحاجة إلى مقاييس بيئية شاملة لتقييم استدامة مراكز البيانات، بما في ذلك عوامل تتجاوز استخدام الطاقة، مثل موارد المياه وتوليد النفايات.

 

تضغط حكومة الولايات المتحدة على شركات التكنولوجيا الكبرى للاستثمار في الطاقة النظيفة وإدراك التأثير الكبير الذي تحدثه متطلبات الطاقة المتزايدة للذكاء الاصطناعي على البيئة.

 

 

سادسا: إيجاد مصادر الطاقة المناسبة: مركز البيانات وتحديات الطاقة

 

تحتاج مراكز البيانات إلى مزيج متنوع من الطاقة لتحقيق التوازن بين الموثوقية والاستدامة مع تلبية المتطلبات المتزايدة. تعتبر مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح جذابة بسبب آثارها الكربونية المنخفضة. ومع ذلك، فإن اعتمادها على الظروف الجوية يمكن أن يؤدي إلى إنتاج غير مستقر، مما يجعلها غير مناسبة كمصدر الطاقة الوحيد لمراكز البيانات. قد يكون بناء مرافق زائدة عن الحاجة للتعويض عن هذا التناقض ضروريًا ولكنه مكلف.

 

وقد برزت الطاقة النووية كحل محتمل. توفر محطات الطاقة النووية التقليدية طاقة حمل أساسي موثوقة، وتولد كهرباء مستقرة ضرورية لعمليات مركز البيانات. علاوة على ذلك، من المتوقع أن يحقق سوق الطاقة النووية العالمي نموًا مطردًا خلال العقد المقبل.

 

وتوفر الابتكارات في القطاع النووي المزيد من الإمكانيات الواعدة. يتم تطوير المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMR) كبدائل أصغر حجمًا وأكثر أمانًا وقابلة للتطوير لمحطات الطاقة النووية التقليدية. على الرغم من أنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير، إلا أن الأجهزة الصغيرة والمتوسطة لديها القدرة على نشرها مباشرة في مراكز البيانات، مما يوفر طاقة نظيفة مخصصة.

 

▲ سوق التبريد السائل العالمي (مليار دولار أمريكي)

 

 

ومع ذلك، فإن اعتماد القواعد الصغيرة والمتوسطة الحجم على نطاق واسع يواجه عقبات كبيرة. وقد تؤدي التحديات التنظيمية والتصنيعية إلى تأخير نشرها التجاري لعدة سنوات. وتستكشف حكومة الولايات المتحدة بنشاط الحلول، بما في ذلك الشراكات مع عمالقة التكنولوجيا لتقليل التكاليف وتبسيط العمليات.

 

هناك طريقة أخرى لتقليل متطلبات الطاقة في مركز البيانات وهي تحسين أحمال عمل الذكاء الاصطناعي. ومن خلال تحويل بعض مهام الذكاء الاصطناعي من السحابة إلى الأجهزة المحلية باستخدام نماذج ذكاء اصطناعي أصغر حجمًا وأقل استهلاكًا للموارد، يمكن تقليل الاستهلاك الإجمالي للطاقة.

 

يتطلب التطوير المستقبلي لمراكز البيانات اتباع نهج متعدد الأوجه. إن اعتماد مزيج متنوع من الطاقة، بما في ذلك مصادر الطاقة الموثوقة مثل الطاقة النووية، مع البحث بنشاط عن حلول متجددة ومبتكرة مثل الصناعات الصغيرة والمتوسطة، أمر ضروري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي تحسين أعباء عمل الذكاء الاصطناعي على الأجهزة المحلية إلى تعزيز استدامة مراكز البيانات.