راهکارهای مدیریت حرارتی مرکز داده

۱. قدرت محاسباتی هوش مصنوعی، زیرساخت مراکز داده را از نو تعریف می‌کند

در عصر اقتصاد دیجیتال، قدرت محاسباتی پس از انرژی حرارتی و برق به هسته اصلی بهره‌وری تبدیل شده است. با توسعه سریع هوش مصنوعی، محاسبات ابری و محاسبات با کارایی بالا (hpc)، مراکز داده در حال تبدیل شدن به ستون فقرات صنایعی مانند حمل و نقل، امور مالی، تولید، مراقبت‌های بهداشتی، مخابرات، انرژی و تحقیقات علمی هستند.

طبق پیش‌بینی‌های IDC و caict، انتظار می‌رود قدرت محاسباتی جهانی هوش مصنوعی تا سال ۲۰۳۰ از ۱۶ زفلاپ فراتر رود و محاسبات هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی بیش از ۹۰٪ از کل تقاضای محاسبات را تشکیل دهد. از سال ۲۰۲۳ تا ۲۰۳۰، پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی هوش مصنوعی با نرخ رشد مرکب سالانه بیش از ۳۵٪ رشد کند و اندازه بازار از ۱۱ تریلیون دلار آمریکا فراتر رود.

همچنان که هوش مصنوعی به نیروی محرکه اصلی بازار تبدیل می‌شود، افزایش سریع چگالی توان تراشه، الزامات مدیریت حرارتی مراکز داده را اساساً تغییر شکل می‌دهد.

۲. افزایش چگالی توان تراشه‌های هوش مصنوعی، چالش‌های حرارتی شدیدی ایجاد می‌کند

تراشه‌های مدرن هوش مصنوعی - شامل پردازنده‌های گرافیکی (gpus)، ای‌سیک‌ها (asics) و شتاب‌دهنده‌های رده بالا - توان طراحی حرارتی (tdp) را به سطوح بی‌سابقه‌ای می‌رسانند:

• توان پردازنده‌های گرافیکی رده بالا برای آموزش هوش مصنوعی اکنون از ۷۰۰ تا ۱۴۰۰ وات فراتر می‌رود و محصولات نسل بعدی به ۲۰۰۰ وات و بالاتر نزدیک می‌شوند.

• شتاب‌دهنده‌های ASIC و پلتفرم‌های FPGA همچنان در حال افزایش چگالی توان برای به حداکثر رساندن عملکرد در هر رک هستند.

• استقرار سرورهای با ظرفیت بالا، جریان هوای موجود و حاشیه اتلاف گرما را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

در چنین شرایطی، معماری‌های سنتی خنک‌کننده هوا با محدودیت‌های آشکاری روبرو هستند.

طبق «قانون ۱۰ درجه» در قابلیت اطمینان قطعات الکترونیکی، هر ۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش در دمای عملیاتی، طول عمر قطعات را ۳۰ تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. گرمای بیش از حد نه تنها پایداری سیستم را تهدید می‌کند، بلکه نرخ خرابی و هزینه‌های نگهداری را نیز افزایش می‌دهد.

۳. چرا خنک‌کننده مایع برای مراکز داده ضروری می‌شود؟

۳.۱ بهره‌وری انرژی و بهینه‌سازی مصرف انرژی

اثربخشی مصرف برق (pue) به یک معیار حیاتی برای مراکز داده مدرن تبدیل شده است:

• مراکز داده سنتی که با هوا خنک می‌شوند معمولاً با توان ۱.۴ تا ۱.۵ کار می‌کنند.

• مراکز داده با خنک‌کننده مایع می‌توانند به pue کمتر از ۱.۲ و در برخی معماری‌ها حتی کمتر از آن دست یابند.

خنک‌کننده مایع به طور قابل توجهی مصرف برق فن را کاهش می‌دهد و مصرف کلی انرژی را بهبود می‌بخشد و مستقیماً هزینه‌های عملیاتی و ردپای کربن را کاهش می‌دهد.

۳.۲ پشتیبانی از استقرار با تراکم بالا

با افزایش مداوم چگالی توان رک، سرمایش مبتنی بر جریان هوا برای گسترش با مشکل مواجه است. سرمایش مایع موارد زیر را امکان‌پذیر می‌سازد:

• جابجایی شار حرارتی بالاتر در واحد سطح

• طرح‌بندی‌های سرور جمع‌وجورتر

• استقرار انعطاف‌پذیر در فضاهای محدود

۳.۳ بهبود قابلیت اطمینان و کنترل حرارتی

خنک‌کننده مایع امکان استخراج مستقیم گرما از تراشه را فراهم می‌کند، مقاومت حرارتی را کاهش می‌دهد و دمای پایدار محل اتصال را تحت بارهای زیاد و مداوم تضمین می‌کند.

۴. مروری بر فناوری‌های خنک‌کننده مایع مرکز داده

۴.۱ انواع سیستم خنک‌کننده مایع

در میان این راهکارها، خنک‌سازی با مایع صفحه سرد به دلیل تعادل بین کارایی، قابلیت نگهداری و سازگاری با معماری‌های سرور موجود، همچنان بالغ‌ترین و پرکاربردترین رویکرد در مراکز داده هوش مصنوعی است.

۵. سیالات خنک‌کننده و ملاحظات عملکرد حرارتی

خواص سیال خنک‌کننده مستقیماً بر ایمنی، کارایی و پایداری سیستم تأثیر می‌گذارد. در مقایسه با سیستم‌های مبتنی بر آب، مبردهای دی‌الکتریک مورد استفاده در خنک‌کننده دو فازی مزایای متمایزی از جمله عایق الکتریکی و انتقال حرارت تغییر فاز را ارائه می‌دهند.

شاخص‌های کلیدی عملکرد شامل نقطه جوش، گرمای نهان، فشار عملیاتی، رسانایی حرارتی و تأثیر محیطی (gwp) هستند.

مبردهای دو فازی انتقال حرارت بالا را در دبی‌های پایین‌تر امکان‌پذیر می‌کنند، قدرت پمپ را کاهش می‌دهند و راندمان کلی سیستم را بهبود می‌بخشند.

۶. چالش‌های صفحات آب سرد معمولی

اگرچه صفحات سرد مبتنی بر آب به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما در عملکرد طولانی مدت چندین خطر ذاتی دارند:

۶.۱ خطرات خوردگی

صفحات سرد میکروکانال مسی که با لحیم‌کاری سخت مونتاژ می‌شوند، ممکن است به دلیل اختلاف پتانسیل مواد، که با اکسیژن، اسیدیته و فعالیت میکروبی ترکیب می‌شود، دچار خوردگی گالوانیکی شوند.

۶.۲ خطرات انسداد

میکروکانال‌ها مستعد تشکیل رسوب، محصولات جانبی اکسیداسیون و رشد بیولوژیکی هستند که می‌توانند جریان را محدود کرده و راندمان انتقال حرارت را به شدت کاهش دهند.

۶.۳ خطرات نشت

کهنه شدن آب‌بندها، تخریب لوله‌ها و فرسودگی کانکتورها، خطر نشت مایع خنک‌کننده را افزایش می‌دهد. از آنجایی که آب رسانا است، نشتی‌ها ممکن است باعث اتصال کوتاه و آسیب فاجعه‌بار به تجهیزات شوند.

۷. نقش کینگکا در مدیریت حرارتی مرکز داده

7.1 ارائه دهنده یکپارچه راهکارهای حرارتی

با 15 سال سابقه، کینگکا تولیدکننده‌ای معتبر و متخصص در زمینه‌ی هیت سینک‌های با کارایی بالا، صفحات خنک‌کننده‌ی مایع سفارشی و قطعات ماشینکاری‌شده‌ی دقیق برای مراکز داده، الکترونیک و کاربردهای انرژی تجدیدپذیر است.

قابلیت‌های ما کل چرخه عمر محصول را در بر می‌گیرد - از طراحی حرارتی و شبیه‌سازی CFD گرفته تا تولید دقیق، آزمایش، بسته‌بندی و تحویل جهانی.

۷.۲ قابلیت‌های پیشرفته تولید

• ماشینکاری CNC با دقت بالا با تلرانس تا ±0.01 میلی‌متر

• ماشینکاری 5 محوره برای هندسه‌های پیچیده ورق سرد

• جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اکستروژن و لغزشی (fsw) برای سازه‌های حرارتی با کارایی بالا

• ساخت صفحه سرد مایع ضد نشت و مونتاژ یکپارچه

۷.۳ تضمین کیفیت دقیق

• فرآیندهای دارای گواهینامه ISO 9001:2015 و IATF 16949

• بازرسی ابعادی ۱۰۰٪ و اندازه‌گیری cmm (دقت ۱.۵ میکرومتر)

• تست نشت گاز/مایع و تست نگه داشتن فشار

۷.۴ سفارشی‌سازی مبتنی بر مهندسی

کینگکا از نزدیک با مشتریان همکاری می‌کند تا طرح‌ها را بر اساس شرایط عملیاتی دنیای واقعی بهینه کند و تعادل بین عملکرد، قابلیت اطمینان، قابلیت تولید و هزینه را برقرار سازد.

۸. فعال‌سازی نسل بعدی مراکز داده هوش مصنوعی

با افزایش قدرت محاسبات هوش مصنوعی، مدیریت حرارتی به جای یک ملاحظه مهندسی ثانویه، به یک چالش زیرساختی استراتژیک تبدیل شده است. راهکارهای خنک‌کننده کارآمد، قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر برای آزادسازی پتانسیل کامل تراشه‌های هوش مصنوعی با کارایی بالا و معماری‌های مرکز داده ضروری هستند.

کینگکا با ترکیب مهندسی حرارتی پیشرفته، تولید دقیق و سفارشی‌سازی سرتاسری، متعهد به پشتیبانی از مشتریان جهانی در ساخت راهکارهای مدیریت حرارتی مرکز داده با راندمان بالا و آماده برای آینده است.