التبريد السائل: تحليل ومقارنة بين ثلاث تقنيات تبريد سائل

مع النمو الهائل في حجم البيانات، يتطلب الأمر دعمًا كبيرًا لقدرة الحوسبة من خلال خوادم ضخمة. ونظرًا لمحدودية مساحة بناء مراكز البيانات واللوائح البيئية، أصبحت زيادة كثافة الطاقة في الخزانات الفردية حلاً رئيسيًا لموازنة الطلب المتزايد على قوة الحوسبة والقدرة الاستيعابية المحدودة لمراكز البيانات. ويشكل معدل نقل البيانات الهائل وعمليات الحوسبة تحديات غير مسبوقة في استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة وتقليل الضوضاء لمراكز البيانات، وهي تقنيات ناشئة مثل الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة.
وفي هذا السياق، ظهرت مراكز البيانات المبردة بالسائل والتي تطبق تقنية التبريد السائل وخوادم التبريد السائل، مما يوفر حلولاً جديدة لتبريد مراكز البيانات.

الخوادم المبردة بالسائل هي أنظمة خوادم تستخدم تقنية التبريد السائل لخفض درجة حرارتها. عادةً ما تستخدم الخوادم التقليدية التبريد الهوائي لتبديد الحرارة، بينما تستخدم الخوادم المبردة بالسائل وسائط سائلة للتلامس المباشر مع مكونات تبديد الحرارة، مما يمتص الحرارة المتولدة ويزيلها بفعالية. تنقسم الخوادم المبردة بالسائل إلى نوعين: التبريد المباشر والتبريد غير المباشر. حاليًا، يعتمد التبريد المباشر بشكل رئيسي على التبريد السائل المغمور، بينما يعتمد التبريد غير المباشر بشكل رئيسي على التبريد السائل على شكل لوحة.

تحليل الخادم المبرد بالسائل الغاطس:
التبريد بالغمر السائل هو عملية غمر جميع مكونات التسخين في معدات تكنولوجيا المعلومات في سائل تبريد لتحقيق تبديد الحرارة. يمكن تقسيمه إلى تبريد سائل أحادي الطور وتبريد سائل متغير الطور بناءً على ما إذا كان سائل التشغيل يخضع لتغيير الطور. من بين هذه السوائل، يُعدّ سائل التبريد وسيط تبادل حراري لمراكز البيانات، بفضل عزله العالي ولزوجته المنخفضة وخصائص توافقه القوية، مما يجعله الوسيط الرئيسي لتقنية التبريد بالغمر السائل. يؤثر أداء تبديد الحرارة لسطح أجهزة التسخين، مثل شرائح اللوحة الأم، بشكل كبير على شدة نقل الحرارة عند غليان الوسيط. إذا كان سطح الشريحة أملسًا، يكون معامل نقل الحرارة للسائل على سطح نقل الحرارة أعلى، مما يُحسّن معدل تبديد الحرارة. بعد امتصاص الحرارة، يُبرّد سائل التبريد أو يُكثّف بطرق التبريد الدائري أو التكثيف، مثل التبريد الهوائي أو المائي.
تحليل خادم التبريد السائل التلامسي:
لا يتطلب تبريد السوائل بالرش تغييرات كبيرة في البنية التحتية لمراكز البيانات. يعتمد فقط على ضغط المضخة أو الجاذبية لرش سائل التبريد بدقة على لوحات دوائر معدات تكنولوجيا المعلومات من الأعلى إلى الأسفل وفقًا لمتطلبات عنصر التسخين. يتم تدوير سائل التبريد الممتص للحرارة وتبريده بطرق مثل التبريد بالهواء أو الماء. يُعد خادم التبريد السائل بالرش المكون الداخلي الرئيسي لنظام الرش بأكمله. بفضل أدائه العالي واستهلاكه المنخفض للطاقة وموثوقيته العالية، يُمكنه خفض استهلاك الطاقة في مراكز البيانات بفعالية.
تحليل خادم التبريد السائل ذو اللوحة الباردة:
تبريد سائل الصفائح الباردة هو تبريد سائل بدون تلامس، حيث لا يلامس سائل التبريد جهاز التسخين مباشرةً. يتكون نظام تبريد سائل الصفائح الباردة بشكل أساسي من صفائح تبريد للتبادل الحراري، ووحدات تبادل حراري، وأنابيب تدوير، ومصادر تبريد، ومكونات أخرى. ينقل تبريد سائل الصفائح الباردة الحرارة إلى سائل التبريد عبر أنابيب التدوير، متخلصًا من الحرارة الناتجة عن الخادم بفضل خصائص التبريد الخاصة بالسائل نفسه، مما يحسن كفاءة تبريد الصفائح الباردة، ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة في مركز البيانات، ويتمتع بأداء قوي في خفض الضوضاء. تتكون مواد الصفائح الباردة عادةً من مواد ذات موصلية حرارية عالية، مما يجعل سطح الصفائح الباردة شبه متساوي الحرارة، مما يزيل كمية كبيرة من الحرارة المركزة. كما يقلل استخدام الصفائح الباردة من تلوث وسائط التبريد بالمكونات الإلكترونية، ويطيل عمر خدمة مرافق مركز البيانات، كما أن ضوضاء خوادم الصفائح الباردة المبردة بالسائل أقل بكثير من ضوضاء التبريد الهوائي، مما يضمن مركز بيانات هادئًا تمامًا.

تتميز تقنية التبريد السائل بالصفائح الباردة بمزايا تطبيقية قوية من حيث سهولة الصيانة، واستغلال المساحة، والتوافق، وتقليل الضوضاء. ومع ذلك، من حيث التكلفة، نظرًا للتخصيص المنفصل لجهاز الصفائح الباردة، فإن تكلفة تطبيق هذه التقنية مرتفعة نسبيًا. من ناحية أخرى، تُقلل تقنية التبريد السائل بالرش بشكل كبير من تكلفة بناء البنية التحتية لمراكز البيانات من خلال تحويل الخوادم والخزائن القديمة. بالمقارنة مع التقنيتين الأخريين، تتميز تقنية الغمر بأداء أفضل من حيث استغلال المساحة وإمكانية إعادة التدوير، على الرغم من ضعف قابلية صيانة الأجهزة وتوافقها، مما يقلل من استهلاك الطاقة في مراكز البيانات.

مقارنة بيانات السوق
في الوقت الحاضر، تُعد تقنية الألواح الباردة ناضجة وتقود التطبيق التجاري. في النصف الأول من عام 2023، استحوذت الألواح الباردة على 90% من سوق خوادم التبريد السائل في الصين، ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى اهتمام مراكز البيانات التقليدية بتكلفة وصعوبة تجديد البنية التحتية الأصلية، بالإضافة إلى النضج العالي لحلول الألواح الباردة الحالية والأساس التجاري الجيد. طُوّرت تقنية تبريد الألواح الباردة السائلة سابقًا، وتتمتع منتجات تبريد الألواح الباردة السائلة لمراكز البيانات حاليًا بحصة سوقية عالية نسبيًا. ومع ذلك، على المدى الطويل، يتميز النوع المغمور بمزايا كبيرة على النوع البارد من حيث كفاءة تبديد الحرارة، وطاقة الخزانة الواحدة، واستغلال المساحة، وما إلى ذلك. لذلك، أصبح تحسين تكاليف تجديد وبناء البنية التحتية بشكل معقول، بالإضافة إلى تحسين نطاق تطبيق وصيانة السوائل المفلورة الإلكترونية أو سوائل التبريد الأخرى، شرطًا ضروريًا لبناء مركز بيانات صديق للبيئة ومستدام.