أجيال التبريد الثلاثة للمراكز البيانية – ولماذا يبني معظم المشغلين بنية تحتية من الأمس

منذ ثلاث سنوات، ناقش ngành صناعة المراكز البيانية ما إذا كان التبريد السائل سيكون ضروريًا يومًا ما. قبل عامين، اعتقد معظم المشغلين أن التبريد المائي ذو الطور الواحد سيكون الحل. اليوم، تتحرك المراكز الرائدة إلى معمارية تبريد من الجيل التالي، بينما تقوم العديد من المنشآت الجديدة بتمكين أنظمة ستصبح عفا عليها الزمن في غضون بضع سنوات.

تتمثل هذه الانقسامات في الفيزياء والخارطة الطريق للمعالجات التي يمكن رؤيتها بالفعل حتى عام 2027. معًا، فإنها تخلق انقسامًا بين المشغلين الذين يفهمون أن التبريد يدخل حقبة معمارية جديدة وتلك الذين قد يكتشفون قريبًا أنهم استثمروا مئات الملايين في بنية تحتية لا يمكنها دعم موجة المعالجات الإصدارية التالية.

أجيال التبريد الثلاثة

مر التبريد في المراكز البيانية بثلاثة عصور معمارية متميزة، كل منها محدد بمجموعة جديدة من العقبات التي يجب التغلب عليها وبالكثافة على الرف التي تتطلب دعمًا اقتصاديًا.

• الجيل 1: التبريد بالهواء (2000-2023): بلغت ذروتها عند 10-15 كيلو واط لكل رف. بدأت الاقتصاديات في التدهور حول عام 2020 عندما تجاوزت حمولات الذكاء الاصطناعي 20 كيلو واط. بحلول عام 2023، أصبح التبريد بالهواء في الغالب عفا عليه الزمن لتنصيبات الكثافة العالية الجديدة.

• الجيل 2: السائل ذو الطور الواحد (2020-2027): المنهج الأولي للتبريد السائل. يستخدم الماء أو PG25 بتدفقات عالية لإزالة الحرارة من خلال تغيير درجة الحرارة. قابلة للتطبيق من 20-120 كيلو واط لكل رف ولكنها تظهر إجهادًا فوق 150 كيلو واط. من المتوقع أن تصل إلى حدودها العملية بحلول عام 2027 عندما تتجاوز المعالجات 2000 واط.

• الجيل 3: ثنائي الطور + إعادةjection متقدمة (2024-2035+): يستخدم مذيبات تتم امتصاص الحرارة من خلال تغيير الطور بدلاً من تغيير درجة الحرارة. قابلة للتطبيق من 150 كيلو واط وما بعدها لكل رف. تمكن من استراتيجيات إعادةjection جديدة من الشريحة إلى الغلاف الجوي. وهي بالفعل قيد التنفيذ من قبل المشغلين الرائدين ومن المتوقع أن تهيمن بحلول عام 2027-2028.

كل انتقال ي代表 نقطة كسر – عندما تصل الفيزياء والاقتصاد إلى سقفها في نفس الوقت.

مشكلة فيزياء الجيل 2

بدأت عمليات نشر الجيل 2 الأولى في الكشف عن حدود التبريد ذو الطور الواحد.

تتطلب الأنظمة المائية تدفقات تساوي تقريبًا 1.5 لتر في الدقيقة لكل كيلو واط. يحتاج رف 120 كيلو واط إلى حوالي 180 لتر في الدقيقة؛ عند 250 كيلو واط، يصل ذلك إلى 375 لتر في الدقيقة من خلال لوحات باردة مع فتحات مقاسة بالملليمترات.

في GTC هذا العام، أظهرت الأرفف المتصلة بخطوط بحجم أنابيب الحريق التحدي. تُحدث تدفقات عالية مشاكل متسلسلة. يؤكسد الماء المخلوط مع الجليكول الهياكل الدقيقة، وتُضاعف التآكل بفعل سرعات التدفق التي تُحدث تآكل الفواصل الضعيفة. فاجأت متطلبات الصيانة العديد من المشغلين: استبدال المرشحات الشهرية بدلاً من الربع سنوي أو مرتين في السنة، ومراقبة الكيمياء المستمرة، وأكياس الجليكول “الوارد” متصلة بالأرفف.

معدلات الفشل مثيرة للقلق بنفس القدر. تشير البيانات الميدانية الداخلية إلى أن حوالي 4٪ من وحدات معالجة الرسومات المبردة بالماء تفشل خلال دورة حياة ثلاث سنوات بسبب التسريبات. مع أرفف تحتوي على معدات تبلغ قيمتها 3-5 مليون دولار، يُكسر ذلك بشكل أساسي اقتصاديات الجيل 2.

أظهرت دراسة عن منشأة 10 ميجاوات بواسطة Jacobs Engineering عيوبًا أخرى. تتطلب الأنظمة ذات الطور الواحد درجات حرارة مائية أبرد مما تتطلبه أنظمة الجيل 3. تزيد درجات الحرارة المائية الأبرد المطلوبة من الجيل 2 من متطلبات سعة التبريد واستهلاك الطاقة.

ما يميز الجيل 3

يمثل الجيل 3 تحولًا معماريًا حقيقيًا. تُلتقط المذيبات ثنائية الطور الحرارة من خلال تغيير الطور، مما يقلل من تدفقات السائل بنسبة تصل إلى أربعة إلى تسعة أضعاف. يقلل انخفاض سرعة السائل بشكل كبير من إجهاد البنية التحتية، ويقلل من تآكل اللوحات الباردة، ويقضي على الكثير من عبء الصيانة الذي يعاني منه الجيل 2.

تمكن المذيبات أيضًا من تصاميم إعادةjection جديدة – مثل أنظمة المذيب إلى ثاني أكسيد الكربون والمذيب إلى المذيب – التي تُحسن التبريد من الشريحة إلى الغلاف الجوي. هذه التصاميم قيد الإنتاج بالفعل، وتُظهر قابلية الجيل 3 للتوسع والكفاءة الاقتصادية.

عندما قامت Jacobs Engineering – المسؤولة عن أكثر من 80٪ من تصاميم المراكز الحيوية للمission Critical – بإنشاء نماذج مرجعية متوازيًا، أزالت التحيز البائع من المقارنة.

النتائج:

• التكلفة الرأسمالية: 10.39 مليون دولار للطور الواحد مقابل 10.38 مليون دولار للطورين

• النفقات التشغيلية السنوية: 1.04 مليون دولار مقابل 679 ألف دولار (تخفيض بنسبة 35٪)

• التكلفة الإجمالية على مدار خمس سنوات: 15.6 مليون دولار مقابل 13.8 مليون دولار (توفير بنسبة 12٪)

فاجأ التكافؤ الرأسمالي العديد من الذين توقعوا متميزًا للطورين. تتطلب الأنظمة الحالية ثنائية الطور مزيدًا من وحدات التبريد، ولكن التصاميم ذات الطور الواحد تحتاج إلى منافذ صفوف معقدة، وكشف تسرب متقدم، وتحسين التوافقيات – تعقيدات يتم تجنبها مع وحدات التبريد الحالية ثنائية الطور. ستقلل وحدات التبريد الجديدة التي ستنضم في عام 2026 من التكاليفさらに، مما يجعل الجيل 3 أكثر اقتصادية في النشر.

ينبع ميزة النفقات التشغيلية من الديناميكا الحرارية. تحتفظ الأنظمة ثنائية الطور بدرجات حرارة الشريحة متطابقة أثناء استخدام ماء المنشأة الدافئ – حوالي 8 درجات مئوية أعلى في المتوسط. كل درجة مئوية محفوظة تقطع استهلاك الطاقة السنوي بنسبة 4٪ تقريبًا، مما يترجم إلى تخفيض النفقات التشغيلية بنسبة 35٪ الذي وثقته Jacobs عبر مناخات من فينيكس إلى ستوكهولم.

يتقدم المشغلون المتقدمون خطوة أخرى، حيث يتحولون إلى هامش حراري حول 5٪ من القدرة الحاسوبية الإضافية داخل نفس الحيز القوي. في عالم حيث يمثل كل معالج رسوماتي إيرادات وطاقة مقيدة، يصبح هذا الميزة متميزة تنافسية.

خارطة السيليكون تفرض القضية

ليس التبديل إلى الجيل 3 مدفوعًا ببائعين التبريد – بل هو محدد بتصميم المعالج.

من المتوقع أن تتجاوز معمارية Rubin من NVIDIA 2000 واط لكل معالج. تتحرك معمارية MI450 من AMD في مسار مماثل. كل مصنع شريحة رئيسي يضغط على أداء أكبر في أقدام أصغر، مما يدفع الكثافة الحرارية بشكل حاد إلى الأعلى.

التحدي الرئيسي هو تدفق الحرارة – تركيز الحرارة المقاس بالواطات لكل سنتيمتر مربع. مع ارتفاع تدفق الحرارة، تصل حلول الجيل 2 إلى حدود فيزيائية واقتصادية. تصبح تدفقات السائل مدمرة، وأ差ات درجة الحرارة غير قابلة للتحمل، وتكلفة النظام غير مستدامة.

تم بناء الجيل 3 لهذه الحقيقة. يحدد المشغلون الرائدين بالفعل أرفف 250 كيلو واط مع مسارات واضحة إلى 1 ميجاوات+. الانتظار لمعرفة “ماذا يفوز” قد يبدو محافظًا، ولكنه النهج الأكثر مخاطرًا. خارطة السيليكون محددة؛ الفيزياء لن تنحني. القرار الوحيد المتبقي هو متى النشاط.

مأزق الحقول القديمة

تستثمر المليارات الآن في بنية تحتية من الجيل 2 التي سوف تكون مقيدة في غضون 36 شهرًا. سوف ت투ق المنشآت المصممة اليوم حول الماء ذي الطور الواحد في دعم معالجات الفئة 2027. يُكلف إعادة بناء لاحق أكثر من بناء معمارية الجيل 3 اليوم.

对于 المواقع الحالية، يمكن أن تعمل أنظمة المذيب إلى الهواء كجسر، ولكنها ليست حلًا طويل الأمد. اتجاه الصناعة واضح: سوف ترسخ معماريات الجيل 3 العقد القادم من المنشآت الجديدة.

اختيار جيل

كل انتقال تبريد بدا كافياً حتى جعلته الجيل التالي عفا عليه الزمن. المشغلون الذين اعتمدوا التبريد السائل في وقت مبكر -採نه في 2020-2021 بدلاً من 2023 – حصلوا على ميزة نشر تقريبية مدتها عامان.

يتكرر الانحناء نفسه مرة أخرى. الفيزياء مثبتة. الاقتصاد موثق بواسطة التحليل المستقل. خارطة معمارية المعالج تجعل التحول حتميًا.

ال вопрос ليس ما إذا كان التغيير سيحدث – بل ما إذا كنت ستقوده أم ستُجبر عليه بمجرد وصول الجيل 2 إلى حدوده.

المراكز البيانية المصممة اليوم سوف تعمل جيدًا في الثلاثينيات. يضمن بناء معماريات الجيل 3 أنها ستبقى قابلة للتطبيق في عصر الذكاء الاصطناعي بدلاً من أن تصبح أصول مقيدة قبل أن تثبت حتى.

مستقبل تبريد المراكز البيانية هو تحول جيل – والجيل 3 موجود بالفعل.