كيف يعمل سائل التبريد في مراكز البيانات؟

الخواديم تعمل على تغيير طريقة تفكير مراكز البيانات بالحرارة

ومع تزايد قوة نظام GPU ونظم المعجلات، فإن الحرارة تتركز داخل نفس البصمة، ولا يزال التبريد التقليدي للهواء يمكن أن يتصدى للعديد من أعباء العمل، ولكن الهياكل الأساسية العالية الكثافة للمبادرة تتطلب بشكل متزايد طريقة أكثر مباشرة لنقل الحرارة بعيدا عن الإلكترونيات.

ويعالج التبريد السائل هذه المشكلة باستخدام مبرد دائري لجمع الحرارة بالقرب من المصدر ونقله من خلال حلقة التبريد المخصصة.

وعلى المستوى الأساسي، فإن العملية مباشرة:

ويكمن التحدي الهندسي في جعل كل جزء من تلك الحلقة يعمل معا بشكل موثوق.

وبالنسبة لجزء الرابط المرن من النظام، فإن خرطوم التبريد السائل هو عنصر صغير ذي أهمية بالغة، ويجب أن يكون مبرداً في الوقت الذي يتناول فيه الضغط، والتغييرات في درجات الحرارة، والربط الدقيق، والاهتزاز، والصيانة المتكررة.

1. What is Liquid cooling in an AI Data Center?

وتبريد السائل هو أسلوب إدارة حراري يستخدم مبرد سائل لنقل الحرارة بعيدا عن المعدات الإلكترونية.

في خادم وغالباً ما تكون مصادر الحرارة الرئيسية هي وحدات الحماية العامة، CPUs or other مسرعات عالية الأداء

وبدلا من نقل معظم تلك الحرارة إلى الهواء المحيط، يضع نظام التبريد السائل واجهة للتبريد قريبة من عنصر توليد الحرارة.

في التبريد المباشر إلى الرقبة، هذه الواجهة هي عادة لوحة باردة.

المبرد يتدفق عبر اللوحة الباردة، يمتص الحرارة ثم يترك الخادم عبر الجانب الخلفي من دائرة التبريد.

2. Why is Liquid cooling Important for AI Servers?

السبب الرئيسي هو كثافة الحرارة

ويمكن للنظم الحاسوبية لمؤسسة AI أن تضع قدرة كبيرة على التجهيز في حيز مادي صغير نسبياً، مما يخلق مشكلة حرارية تختلف عن مجرد تبريد خادوم تقليدي.

ومع ارتفاع طاقة الرف، يجب على نظام التبريد أن يزيل المزيد من الحرارة دون السماح لدرجات الحرارة المكوّنة بالتحرك خارج نطاق عملياتها المقصود.

السائل جذاب لأن المبردات المحتوية على الماء يمكنها نقل حرارة أكبر بكثير من الهواء

وهذا يعني أن نظام التبريد يمكن أن يحرك كمية كبيرة من الطاقة الحرارية من خلال مسارات سائلة مدمجة نسبيا.

3. The Basic Direct-to-Chip cooling Loop

ويمكن تمثيل نظام مبسط للتبريد من السائل المباشر إلى النسيج على النحو التالي:

ويتفاوت الهيكل الدقيق من مركز بيانات إلى آخر، غير أن المبدأ لا يزال متماثلا: إذ يعمم المبرد عبر المسار الحراري ويبعد الحرارة عن الأجهزة الحاسوبية.

4- ما الذي تفعله وحدة مكافحة المخدرات؟

CDU stands for وحدة توزيع المبردات.

ويمثل وحدة مكافحة التصحر حلقة وصل هامة بين الهياكل الأساسية لتبريد المرافق وحلقة التبريد التكنولوجي.

وتبعاً لهيكل النظام، يجوز لوحدة مكافحة التصحر أن توفر وظائف مثل:

• دورة رائعة
• إدارة التدرج
• إدارة الضغط
• التوزيع المنخفض
• مقايضة حرارة
• رصد النظم

وفي بعض المنشآت، يُحتفظ بمياه المرافق والمبردات من جانب تكنولوجيا المعلومات في دوائر منفصلة، ويوفر وحدة إزالة الألغام الأرضية التفاعل الحراري بين هذه الدوائر.

ويعطي هذا الترتيب حلقة تبريد تكنولوجيا المعلومات بيئة خاضعة للرقابة تناسب متطلبات الخواديم.

5. What does a Cold Plate do?

والطبق البارد يوضع مباشرة في عنصر توليد الحرارة أو قريب جدا منه.

وبالنسبة لتبريد GPU، فإن اللوحة الباردة مصممة لتلقي الطاقة الحرارية من GPU وتحويلها إلى المبرد الذي يتدفق عبر قنواته الداخلية.

ولذلك فإن اللوحة الباردة تمثل النقطة التي تدخل فيها الحرارة حلقة التبريد السائل.

ويتوقف أداءه على تصميمه الداخلي وتدفقه المبرد والتفاعل الحراري وظروف التشغيل.

6. Where does the Liquid cooling Hose Fit?

الخرطوم يربط الأجزاء المختلفة من دائرة التبريد

وتبعاً للهيكل، يمكن استخدام الخواص بين:

• CDU and manifold
• Manifold and server
• سيرفر وصحن بارد
• لوحة باردة ومجلة العودة

وهذا يجعل الخرطوم صلة مرنة بين المكونات الصلبة الأخرى.

في رف الكثافة ويمكن أن تكون تلك المرونة ذات قيمة لأن المساحة المتاحة للطرق محدودة.

7 - لماذا المسائل المرنة

Inside an AI server rack, cooling components share space with electrical andميكانيكي infrastructure.

قد تحتاج خرطوم إلى طريق حول:

• GPU trays
• لوحات باردة
• المعادن
• الهياكل الأساسية
• عناصر القوة
• الكابلات الكهربائية
• خطوط تبريد أخرى

ولذلك، يتعين أن تكون الخرطوم مرنة بما فيه الكفاية للتركيب بينما تظل في نطاقها الأدنى المحدد.

الإثارة الجيدة ليست ببساطة حول جعل القفزة.

إنه حول الحفاظ على مسار التدفق المقصود بدون خلق إجهاد ميكانيكي غير ضروري

8 - ما الذي يحدث داخل هوس التبريد؟

خرطوم سائل معزز يمكن أن يحتوي على عدة طبقات وظيفية

الأنبوب الداخلي يتصل بالمبرد

وتوفر التعزيزات الدعم الميكانيكي ويمكن أن تزيد من قدرة الضغط.

الطبعة الخارجية تحمي الخرطوم من البيئة المحيطة

ويعتمد البناء الفعلي على تصميم الخرطوم والتطبيق المقصود.

9. Why does Hose Material Matter?

وتتصل مادة الخرطوم الداخلية اتصالا مباشرا بالمبرد لفترات طويلة.

ولذلك ينبغي أن ينظر اختيار المواد في التركيبة المبردة الفعلية بدلاً من الاعتماد فقط على وصف عام مثل "المبرد المائي".

وتشمل المواد المشتركة للخراطيم المرنة التي يُنظر فيها لتبريد السائل ما يلي:

• EPDM
• Silicone
• PTFE and other فلوروبوليمر
• مقاييس أخرى خاصة بتطبيقات محددة

ويمكن للإدارة البيئية أن تكون خياراً عملياً للعديد من تطبيقات التبريد القائمة على المياه حيث تتسم المرونة والقدرة على البقاء الميكانيكية بأهمية.

ويمكن النظر في نظام " سيليكون " حيث تكون المرونة والقدرة على درجة الحرارة من المتطلبات الرئيسية.

ويمكن النظر في هوايات الفلوروبوليمر حيثما يكون التوافق الكيميائي أو متطلبات النظافة المحددة أكثر طلبا.

10. How does coolant Carry Heat?

والمبدأ بسيط: فالمبرد يدخل الصفيحة الباردة ويمتص الحرارة ويترك في درجة حرارة أعلى.

ويمكن وصف العلاقة باستخدام المعادلة الأساسية لنقل الحرارة:

Q = ṁ × Cp ?

حيث:

• Q = الحرارة المزالة
• ṁ = معدل تدفق الكتلة المبردة
• Cp = القدرة الحرارية المحددة للمبرد
• DIT = ارتفاع درجة الحرارة المبردة

وهذا هو السبب في أن معدل التدفق وخصائص التبريد مركزي لتصميم التبريد السائل.

ينبغي أن يستخدم حساب النظام الفعلي ممتلكات مجموعة مختارة من المبردات والاحتياجات الحرارية للمعدات.

11. Why is coolant Flow Important?

التدفق غير الكافي يمكن أن يحد من كمية الحرارة التي يمكن للمبرد أن يحملها من أجل ارتفاع درجة الحرارة.

غير أن التدفق المتزايد ليس حرا.

ويمكن أن يؤدي ارتفاع التدفق إلى زيادة المقاومة الهيدروليكية ومتطلبات الضخ.

ولذلك يحتاج نظام التبريد إلى توازن مناسب بين:

• إزالة الحرارة
• ارتفاع درجة الحرارة الباردة
• معدل الانخفاض
• هبوط الضغط
• قوة الإغراق

وهذا هو السبب في ضرورة اعتبار اختيار خرطوم التبريد السائل جزءا من النظام الهيدروليكي الكامل.

12. How does Hose Diameter Affect the cooling Loop?

ويؤثر قطر الخرطوم الداخلي مباشرة على ممر التدفق.

فبالنسبة لمعدل تدفق معين، يؤدي تخفيض النطاق الداخلي بصفة عامة إلى زيادة سرعة السوائل والمقاومة الهيدروليكية.

وبالتالي، فإن اختيار خرطوم ليس مجرد مسألة تطابق القاعد الخارجي مع التكييف المتاح.

ولا بد من النظر في المقياس الداخلي من الاحتياجات الهيدروليكية للنظام.

13. What is Pressure drop?

انخفاض الضغط هو الضغط الضائع كحركات مبردة من خلال عنصر

In a liquid cooling cycle, pressure loss can come from:

• Hoses
• رسوم
• UQDs
• المعادن
• لوحات باردة
• القيم وغيرها من القيود

وتحتاج المضخة إلى توفير ضغط كاف للحفاظ على التدفق المطلوب من خلال الدائرة الكاملة.

ولهذا السبب، فإن البيانات المتعلقة بالضغوط الناجمة عن الخزف تكون أكثر فائدة عندما يتم توفيرها جنبا إلى جنب مع معدل تدفق محدد وحالة اختبار.

14. What is a UQD in Liquid cooling?

UQD refers to a الوصل السريع العالمي تستخدم لتبسيط الربط وفصل خطوط التبريد السائلة.

ويمكن أن تكون المقاييس الموحدة مفيدة عندما تحتاج الخواديم أو اللوحات الباردة أو عناصر التبريد الأخرى إلى خدمات أو استبدالها.

ويمكن أن يكون هناك ارتباط نموذجي على النحو التالي:

ومن ثم، فإن قاعدة البيانات الموحدة هي صلة ميكانيكية وجزء من مسار التدفق المبرد.

15 - هل يُحدث أداء لتبريد السائل؟

نعم

الهندسة الداخلية لجهاز تحديد المواقع يمكن أن تخلق مقاومة هيدروليكية

وقد يحتاج المهندسون، عند اختيارهم لمادة واحدة، إلى النظر فيما يلي:

• القدرة المنخفضة
• هبوط الضغط
• ضغط العمل
• درجة الحرارة
• التوافق المبرد
• الأداء غير المأجور
• دورات الربط
• حيز التركيب المتاح

ولذلك، ينبغي النظر إلى الـ " UQD " كجزء من التصميم الهيدروليكي بدلاً من مجرد موصل يصلح الخرطوم.

16 - جانب العرض والعودة

نظام التبريد السائلي يحتوي عادة على طريق إمداد وطريق للعودة.

يوصل جانب العرض مبرداً نسبياً نحو مصدر الحرارة

الجانب المقابل يحمل مبرداً أدفأ بعيداً عن الطبق البارد

والجانبان مهمان لأداء النظام.

ولا ينبغي معالجة خرطوم العودة كعنصر ثانوي لمجرد أن المبرد يحمل حرارة بالفعل.

17 - لماذا هوس لينغث ماتر؟

الخنازير الطويلة تخلق مقاومة أكثر احتكاكاً

ومع ذلك، فإن جعل الخرطوم قصيراً بلا داع يمكن أن يخلق ضغطاً على التركيب.

وينبغي أن يوفر طول الخرطوم العملي ما يكفي من البدل لما يلي:

• رقعة النحل المطلوبة
• حركة المعدات
• التسامح
• الوصول إلى الصيانة
• المواءمة

والهدف ليس أقصر خرطوم ممكن.

والهدف من ذلك هو خرطوم مُوجَّه على نحو سليم وبطول مناسب.

18. Why is Minimum Bend Radius Important?

القفز الزائد يمكن أن تشوه خرطوم وربما يقيد تدفق التبريد.

ويمكنها أيضاً أن تضع ضغطاً ميكانيكياً إضافياً بالقرب من التكييف أو الأشعة فوق البنفسجية.

في رف الكثافة ولذلك ينبغي أن يُعامَل نصف قطر النحل الأدنى على أنه بارامتر حقيقي للتركيب بدلاً من أن تكون قيمة موجودة فقط في صحيفة البيانات.

وينبغي للمهندسين، أثناء تصميم النظام، أن ينظروا في المسار الفعلي للخرطوم الثلاثي الأبعاد.

19 - ماذا عن التغيرات الطارئة؟

ولا تعمل نظم التبريد السائل بالضرورة على درجة حرارة ثابتة واحدة.

ويمكن أن تتغير درجة الحرارة مع ما يلي:

• عبء العمل في مجال تكنولوجيا المعلومات
• تدفق رائع
• ظروف المرفق
• بدء النظام وإغلاقه
• دورات الصيانة

وينبغي أن تكون جميع مواد الخرطوم، والتعزيزات، والتجهيزات، والأختام مناسبة لنطاق درجة حرارة التشغيل المتوقعة.

وفيما يتعلق بالتطبيقات الطويلة الأجل، يمكن أيضاً أن تكون دورة الحرارة ذات صلة.

20. Leakage Control is a System Requirement

ومن بين الاختلافات الواضحة بين تبريد الهواء وتبريد السائل وجود سائل دائري داخل الهياكل الأساسية للمعدات.

والهدف بسيط:

أبقي المبرد داخل مسار التدفق المصمم

وتشمل نقاط التسرب المحتملة ما يلي:

• الجسم الساخن
• الاتصال العاجز
• تأليف
• وصلة بينية من طراز UQD
• وصلة اللوحة الباردة
• الاتصال المتعدد الجوانب

ولهذا السبب ينبغي النظر في التجمع الكامل للخراطيم أثناء التصديق.

21 - لمَ (هوز) يتعامل مع البناء؟

ويمكن أن يتصرف خرسان مصنوعان من مواد قاعدية مماثلة بطريقة مختلفة لأن تشييدهما مختلفان.

ويمكن أن يؤثر التشييد على ما يلي:

• ضغط العمل
• المرونة
• نصف قطري
• الاستدامة الميكانيكية
• الاستقرار البعدي
• الأداء الوظيفي

وفيما يتعلق بنظم التبريد السائلي المضغطة، يمكن أن تكون التعزيزات ذات أهمية خاصة.

والتشييد الصحيح يعتمد على الطلب وليس على مجرد اسم السلالم.

22. Why does Installation Space Matter?

رفوف الخادم الاصطناعي هي بيئات مقيدة للغاية.

وقد تفي الخرطوم بمواصفات الضغط ودرجات الحرارة، ولا يزال من الصعب تركيبها إذا كان قطرها الخارجي، أو تركيب طولها أو نطاقها غير مناسب.

ينبغي للمهندسين التحقق من:

• هوس خارج قطر
• الحد الأدنى لنصف النحل
• الأبعاد الملائمة
• الأبعاد المتعلقة بقاعدة البيانات
• التوجيه في مجال الاتصال
• الإزالة
• الوصول إلى الصيانة

في رف مكتظ، يمكن أن يكون قياس التركيب بنفس أهمية مواصفات الخرطوم الاسمية.

23. How does maintenance Affect Hose Design?

خواديم AI ليست مكونات يتعذر الوصول إليها بشكل دائم.

وقد يلزم تقديم الخدمات، ووحدات التوزيع العالمية، ومكونات التبريد أو استبدالها.

وأثناء الصيانة، قد تتعرض الخرطوم لحركة لا تحدث أثناء التشغيل العادي.

وهذا يجعل العوامل التالية هامة:

• المرونة
• نصف قطري
• الموثوقية
• دورات الاتصال بقاعدة البيانات الموحدة
• طوله
• الحماية الميكانيكية

ولذلك ينبغي تقييم خرطوم التبريد ليس فقط من أجل التشغيل الثابت للدولة، بل أيضا من أجل ظروف الصيانة التي يتوقع أن تشهدها.

24. Liquid cooling is a System, not a single component

الأداء التبريدي لخادم آي يعتمد على التفاعل بين المكونات المتعددة

ومن شأن الاستفادة المثلى من عنصر واحد دون النظر في العنصر الآخر أن يسفر عن حل غير كامل.

25 - ما الذي يحدث عندما يكون الهوس ناقصا؟

خرطوم ناقص يمكن أن يزيد سرعة التبريد وفقدان الضغط.

ورهنا بالنظام، يمكن أن يزيد هذا من احتياجات المضخات أو يقلل من التدفق المتاح للطبقة الباردة.

ويمكن أن تصبح هذه الآثار، على نطاق المسار، أكثر أهمية لأن فروع التبريد المتعددة قد تعمل في آن واحد.

ولذلك ينبغي اختيار الهوية الشخصية من الميزانية المطلوبة للتدفق والضغط على النظام.

26 - ما الذي يحدث عندما يكون الهوس زائدا؟

(لاغر) ليس أفضل تلقائياً

وقد تزيد خرطوم كبير غير ضروري:

• حيز التركيب
• الوزن الساخن
• نصف قطري
• استهلاك المواد
• أبعاد الربط
• التكلفة الإجمالية للنظام

The appropriate hose size is the one that meets the hydraulic andميكانيكيal requirements without creating unnecessary installation problems.

27. How should a Liquid cooling Hose Be Validated?

ومن أجل الطلب على الطلبات، ينبغي أن ينظر المصادقة في التجمع المنتهي للخراطيم.

وتبعاً للمشروع، يمكن أن تشمل الاختبارات ذات الصلة ما يلي:

• اختبار الضغط - التحقق من سلامة الضغط.
• اختبار التسرب - التحقق من أداء الختم.
• اختبار التدفق - تأكيد الأداء الهيدروليكي.
• اختبار الضغط - قياس المقاومة الهيدروليكية في ظروف تدفق محددة.
• اختبار درجة الحرارة - تقييم الأداء عبر نطاق التشغيل.
• اختبار المرونة - التأكد من ملاءمة المسار المطلوب.
• اختبار الخلايا - تقييم الاتصالات أو الحركة المتكررة عند الاقتضاء.

يجب أن يكون برنامج الاختبار المطلوب حُددت وفقاً للتطبيق الفعلي.

28 - هيكل نموذجي لمادة AI

ويوضح هذا الهيكل سبب تحول الخرطوم إلى جزء هام من البنية التحتية العامة مع ازدياد عدد فروع التبريد.

29 - سبب موثوقية هوس مسائل في راك سكالي

قد تحتوي حلقة واحدة للتبريد على عدة جمعيات خرطوم

الرف يمكن أن يحتوي على العديد من الخواديم

يمكن أن يحتوي مركز البيانات على العديد من الرفوف

والنتيجة هي وجود عدد كبير من الخناق الفردية ونقاط الاتصال.

ومن ثم، فإن الاتساق مهم.

وينبغي أن يكون حل خرطوم التبريد السائلي العملي مناسبا للتصنيع والتركيب والصيانة القابلة للتكرار.

30. Where does CJAN Fit Into the Liquid cooling System?

وتركز الشبكة على الجزء المرن من نظم التبريد السائل.

وتشمل حافظة التبريد السائل الحالية ما يلي:

• LCH
• LCH-SD
• LCH-SDS

ويمكن تقييم هذه المنتجات لمختلف تطبيقات التبريد السائل وفقاً لمتطلبات النظام الفعلية.

المناسب وينبغي أن ينظر الاختيار فيما يلي:

• رائع
• معدل الانخفاض
• ضغط العمل
• درجة الحرارة
• هويته
• نصف قطري
• تشكيلة الاتصال
• بيئة الإنشاء

لذا فإن حافظة التبريد السائل لـ (سي جي) تُفهم على نحو أفضل كجزء من حل هندسي على مستوى النظام بدلاً من أن تكون مجموعة من منتجات الخواتم

31 - LCH, LCH-SD and LCH-SDS in Liquid Coling Applications

إختيار المنتج النهائي يجب أن يتم دائماً ضد آخر مواصفات منتجات (سي جي) و شروط التشغيل الفعلية للزبون

32. What should an Engineer Provide when Selecting a Hose?

وينبغي أن يتضمن التحقيق في خرطوم التبريد السائلي المفيد المعلومات التالية:

ويتيح توفير هذه البارامترات لمورد الخرطوم تقديم توصية تقنية أكثر جدوى.

33. The Practical Liquid cooling Design Sequence

وثمة تسلسل هندسي مفيد هو:

وتربط هذه العملية الاحتياجات الحرارية بالمتطلبات الميكانيكية للخرطوم.

34. The Hose is Small, but the Requirement is not

وقد تبدو خرطوم التبريد السائل مكونا بسيطا نسبيا بالمقارنة مع وحدة GPU أو لوحة باردة أو وحدة CDU.

ولكنه يعمل في تقاطع عدة متطلبات هندسية.

ويجب عليها أن تنقل المبردات بشكل موثوق بينما تلائم بيئة ميكانيكية مقيدة بشدة.

كما يتعين عليها أن تعمل مع الملاءات، وأجهزة تحديد المواقع، وقطع الأطباق الباردة حولها.

وهذا يجعل اختيار الخواتم قرارا هندسيا للنظام بدلا من مجرد قرار شراء.

35. Key Takeaway

يعمل مركز البيانات في مجال التبريد السائل من خلال إيجاد طريق متحكم به للمبردات لجمع الحرارة من المكونات الحوسبة العالية الطاقة ونقل تلك الحرارة بعيدا عن الخادم.

وتتمثل العملية الأساسية فيما يلي:

وفي هذه الحلقة، توفر خرطوم التبريد السائل الصلة المرنة بين مكونات النظام.

ويتوقف أداؤه على أكثر من مادة الخرطوم وحدها.

ولا بد من النظر معاً في معدل التدفق، والمقاس الداخلي، وهبوط الضغط، ودرجات الحرارة، والتوافق المبرد، وأشعة النحاس، والتعزيز، والتجهيزات، وأجهزة تحديد الأسعار.

تصميم التبريد السائلي الأكثر موثوقاً ليس مبنياً على عنصر "أفضل" إنه مبني حول التوافق بين حلقة التبريد بأكملها

وبالنسبة لمراكز البيانات التابعة للمبادرة، يوفر هذا النهج على مستوى المنظومة أساسا عمليا لتصميم بنية أساسية موثوقة لتبريد السائل.

خاتمة

وتزداد أهمية التبريد السائل مع ارتفاع الاحتياجات الحرارية على مستوى الرف.

المفهوم الأساسي بسيط: نقل الحرارة إلى سائل ونقله بعيدا.

والتنفيذ أكثر تفصيلا.

وتدير وحدات المضغوطة حلقة التبريد، وتجمع اللوحات الباردة الحرارة من المجهزين، وتوزع المذيبات المبردة، وتوفر أجهزة التكييف الوريدية وصلات صالحة للخدمة، وتربط حوامل التبريد السائلة هذه المكونات، وتسمح للنظام بأن يتوافق مع القيود المادية لرف الخادم.

ولهذا السبب، ينبغي النظر في تصميم خرطوم التبريد السائل من الناحيتين الهيدروليكية والميكانيكية على السواء.

يمكن أن تُقيَّم أسر خرطوم التبريد السائلة لـ (سي جي) و(ليتش-د) و(ليتش-دز) وفقاً لمتطلبات التبريد والتدفق والضغط ودرجة الحرارة والطرق والارتباط في التطبيق.

بالنسبة لتبريد مركز البيانات، الخراطيم اليمنى ليست فقط التي تناسب، بل هي التي تناسب نظام التبريد.