ما هي سوائل التبريد المستخدمة في أنظمة التبريد السائل لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي؟

ملخص لأنواع سوائل التبريد

يأتي اختيار التصميم المعماري أولاً، ثم يأتي اختيار سائل التبريد. تركز هذه المقالة على خصائص ومعايير اختيار كل فئة.

PG25: الوضع الافتراضي للتبريد بالذكاء الاصطناعي

ما هو

يتكون محلول PG25 من 25% بروبيلين جليكول حجميًا، و75% ماء معالج (عادةً منزوع الأيونات)، بالإضافة إلى مجموعة من مثبطات التآكل. يُستخدم البروبيلين جليكول بدلًا من الإيثيلين جليكول نظرًا لانخفاض سميته بشكل ملحوظ، وهو أمر بالغ الأهمية في الحالات التي يكون فيها التسرب داخل قاعة البيانات احتمالًا واردًا، وفي الحالات التي يتعرض فيها العاملون للمواد الكيميائية أثناء الصيانة بشكل روتيني.

لماذا هو الوضع الافتراضي؟

ثلاثة أسباب، مرتبة حسب الأهمية:

1. الحماية من التجمد. يتجمد PG25 عند درجة حرارة تتراوح بين -10 و -13 درجة مئوية تقريبًا، وذلك حسب التركيبة الدقيقة ومجموعة مثبطات التجمد. وهذا الأمر مهم ليس فقط في المناخات الباردة، بل في أي دائرة يمكن عزلها وتركها ثابتة - مثل رف قيد الصيانة، أو عملية نشر أثناء النقل، أو إيقاف تشغيل المصنع خلال عطلة نهاية أسبوع شتوية. يؤدي تجمد الماء في لوحة التبريد ذات القنوات الدقيقة إلى تلفها، ولا يظهر التلف دائمًا إلا بعد إعادة ملء الدائرة وضغطها.

2. تثبيط التآكل. تقوم مجموعة المثبطات - وليس الجليكول - بهذه المهمة. تستخدم سوائل التبريد الحديثة في مراكز البيانات تقنية الأحماض العضوية (OAT) بدلاً من تركيبات IAT القديمة القائمة على السيليكات. هذا التمييز مهم لأجهزة الذكاء الاصطناعي: إذ يمكن للسيليكات أن تُشكّل رواسب شبيهة بالهلام تُعيق عمل ألواح التبريد ذات القنوات الدقيقة، بينما تُشكّل مثبطات OAT أغشية واقية رقيقة على كل سطح معدني. لذا، يُنصح باستخدام سائل تبريد خالٍ من السيليكات ومثبط بتقنية OAT لأي دائرة تبريد تحتوي على ألواح تبريد.

3. الاستقرار الميكروبيولوجي. عند تركيز 25%، يكون البروبيلين جليكول (PG) مثبطًا حيويًا بشكل عام، حيث لا تستطيع الكائنات الدقيقة التكاثر بسهولة. أما عند تركيز أقل من 10% تقريبًا، فيصبح الجليكول نفسه مصدرًا للكربون، مما يُشكل خطرًا حقيقيًا للتلوث البيولوجي. لهذا السبب، فإن استخدام جرعات منخفضة في الدائرة "لتوفير المال" أو "لتحسين نقل الحرارة" يأتي بنتائج عكسية.

ما يكلفك ذلك

إن التأثير الحراري السلبي حقيقي ويجب مراعاته في التصميم، لا تجاهله. عند درجة حرارة 40 درجة مئوية تقريبًا:

تترتب على ذلك ثلاث نتائج تصميمية:

• يجب زيادة معدلات التدفق للحصول على نفس كمية الحرارة المطرودة، لأن ρcₚ أقل. ويبلغ معدل التدفق الحجمي حوالي 5-10% أكثر من تصميم الماء.

• تتضاعف طاقة الضخ تقريبًا عند تساوي التدفق، لأن اللزوجة تعادل ضعف لزوجة الماء تقريبًا. وعلى نطاق واسع، يُعدّ هذا تكلفة تشغيلية حقيقية وعاملًا مؤثرًا في كفاءة استخدام الطاقة.

• تنخفض كفاءة المبادل الحراري واللوحة الباردة، نظرًا لانخفاض الموصلية الحرارية بنسبة 22% تقريبًا. وتتدهور درجات حرارة الاقتراب عند المبادل الحراري لوحدة التبريد، وكذلك مقاومة الوصلة إلى سائل التبريد عند اللوحة الباردة. الأداء المعلن من قبل الموردين

فئات درجة حرارة الإمداد ASHRAE W

سوائل الغمر أحادية الطور

الخصائص النموذجية

يُعدّ التأثير الحراري السلبي كبيرًا. فالحرارة النوعية تُعادل نصف حرارة الماء تقريبًا، والتوصيل الحراري يُعادل ثلثها تقريبًا. يُعوّض الغمر هذا النقص بتحريك كميات أكبر بكثير من السائل، وبترطيب سطح المكوّن بالكامل بدلًا من مجرد منطقة تلامس الصفيحة الباردة. هذه الطريقة فعّالة، لكنها ليست ذات كفاءة حرارية عالية لكل وحدة حجم مُضخّة.

ما الذي يمنحك إياه الانغماس

• لا توجد ألواح تبريد، ولا مشعبات، ولا وصلات فصل سريع - يتم تبريد الخادم بالكامل، بما في ذلك الذاكرة ووحدات تنظيم الجهد ومحركات الأقراص التي تتركها ألواح التبريد معرضة للهواء.

• التقاط شبه كامل للحرارة في السائل، مما يتيح إعادة استخدام الحرارة بدرجة عالية

• لا توجد مراوح في الخادم، مما يلغي مصدراً مهماً للضوضاء والطاقة

• تحمل التسرب المتأصل - السائل موجود بالفعل في مكان وجود الإلكترونيات

ما هي تكلفة الانغماس؟

• تكلفة وحجم السوائل - خزان الهيدروكربون الاصطناعي لرفوف التخزين يمثل بندًا رأسماليًا كبيرًا

• توافق المواد - تتمدد أو تلين أو تصبح هشة في السوائل الهيدروكربونية، مثل المطاط الصناعي وأغلفة الكابلات والمواد اللاصقة وبعض أنواع البلاستيك. يجب التحقق من كل مكون.

• فوضى الخدمة - يكون الخادم المسحوب من الخزان مغطى بالزيت ويتطلب التنظيف قبل التعامل معه

• الوزن وحمل الأرضية - الخزان المملوء بالسوائل أثقل بكثير من الرف المبرد بالهواء

السوائل العازلة ثنائية الطور

تتوفر في السوق سوائل غالدن PFPE، ومنتجات فلوروكيتون من ستاندرد فلويدز، بالإضافة إلى منتجات من كيمورز، وAGC، ومصنعين صينيين. يُسوّق بعضها كبدائل مباشرة، ولكن لا ينبغي افتراض ذلك دون التحقق من توافق المواد، والأداء الحراري، والأهم من ذلك، وجود التزامات توريد طويلة الأجل مكتوبة.

الإجراء المطلوب: إذا كنت بصدد تقييم نظام التبريد بالغمر ثنائي الطور، فاحصل على استراتيجية موثقة لإمداد السوائل تغطي فترة عشر سنوات، بما في ذلك الموقف التنظيمي للشركة المصنعة وحقوقك التعاقدية في حال انقطاع الإمداد. إن بنية التبريد التي قد يصبح سائلها العامل غير متوفر تُعدّ مخاطرة تتعلق بالأصول العالقة، وليست خيارًا تقنيًا.

معايير الاختيار، مرتبة

1. هندسة التبريد. هل نستخدم الألواح الباردة أم التبريد بالغمر؟ هذا ما يحدد نوع النظام قبل أي شيء آخر. الألواح الباردة ← تبريد مائي. التبريد بالغمر ← تبريد عازل.

2. نطاق درجة الحرارة. ما هي فئة ASHRAE W المطلوبة لمعدات تكنولوجيا المعلومات؟ ما هي درجات حرارة سائل التبريد الدنيا والقصوى على مدار العام، بما في ذلك ظروف الإيقاف والنقل؟ يحدد هذا متطلبات الحماية من التجمد، وبالتالي ما إذا كان استخدام الجليكول ضروريًا.

3. التدفق الحراري والأداء الحراري. تعتمد المقاومة الحرارية بين الوصلة وسائل التبريد وقدرة التدفق الحراري للوحة الباردة بشكل مباشر على k و cₚ. تُقيّد المنصات ذات التدفق الحراري العالي (500-600 واط/سم² عند واجهة الرقاقة كما هو مذكور لأجهزة فئة GB200 الحالية) السائل بشكل أكبر من الخوادم منخفضة الكثافة.

4. قوة الضخ. اللزوجة هي العامل الأساسي. تكلفة PG25 تعادل ضعف تكلفة الماء تقريبًا؛ وتختلف سوائل الغمر اختلافًا كبيرًا. بالنسبة لمحطة طاقة تزيد عن 10 ميغاواط، يُعد هذا بندًا أساسيًا في مؤشر فعالية استخدام الطاقة (PUE)، وليس مجرد خطأ تقريبي.

5. توافق المواد. يجب التأكد من توافق كل مادة ملامسة للسائل - النحاس، والفولاذ المقاوم للصدأ، والألومنيوم إن وجد، ومطاط EPDM أو FKM، وPTFE، وأغلفة الكابلات، والمواد اللاصقة - مع السائل المحدد ومجموعة المثبطات. يُعد اختيار المطاط نقطة ضعف شائعة: فمطاط EPDM مناسب للماء والجليكول ولكنه يتمدد في الهيدروكربونات؛ بينما مطاط FKM مناسب للهيدروكربونات ولكنه يتأثر ببعض السوائل القطبية.

6. متطلبات العزل الكهربائي. إلزامي للغمر. بالنسبة لأنظمة الألواح الباردة، فإن استخدام سائل غير عازل يعني أن التسرب يُعد حدثًا كهربائيًا فوريًا - ولهذا السبب يتم تحديد كاشفات التسرب وصواني التنقيط وأنظمة الاحتواء الثانوية بدلاً من الاعتماد على السائل.

7. قدرة التحكم في كيمياء الماء. هل يمكنك فعلاً مراقبة والحفاظ على درجة الحموضة، والتوصيل الكهربائي، وتركيز الكلوريد، وتركيز الجليكول، وعدد الميكروبات على مدى عشر سنوات؟ إذا لم يكن ذلك ممكناً، فاختر سائل التبريد الذي يتحمل الإهمال بشكل أفضل.

8. الأمن التنظيمي وأمن الإمداد. وضع المواد الكيميائية المشبعة بالفلور (PFAS)، والقيود الإقليمية، والتزام الشركات المصنعة، وتوافر مصادر بديلة. أصبح هذا العامل حاسماً بشكل متزايد.

9. تكلفة دورة الحياة. سعر السائل للتر الواحد × الحجم × فترة التجديد. عادةً ما يتم تجديد الجليكول المُثبَّط كل 3-7 سنوات، وذلك حسب التركيبة ونتائج المراقبة. قد تدوم سوائل الغمر لفترة أطول، لكن تكلفتها الأولية للتر الواحد أعلى بكثير.

10. الملف البيئي وملف السلامة. السمية، وقابلية التحلل البيولوجي، وطريقة التخلص، ونقطة الاشتعال، وما يحدث في حالة الانسكاب داخل قاعة بيانات حية.

ممارسات التشغيل والصيانة

التنظيف قبل التشغيل. تحتوي الحلقات الجديدة على مخلفات التصنيع - مركبات السحب، وأكاسيد اللحام، والجسيمات، والزيوت. يُنصح بالتنظيف بالماء منزوع الأيونات (بمقاومة ≥ 0.5 ميجا أوم.سم عادةً) حتى تصل مقاومة الماء الخارج إلى المستوى المطلوب (عادةً ما يُشار إليه بأقل من 5 ميكرو سيمنز/سم تقريبًا) قبل إدخال سائل التبريد النهائي. وقد نشرت شركة OCP إرشادات تحضيرية قبل التشغيل لمشعبات أنظمة تبريد التكنولوجيا، يُنصح باتباعها حتى في حال عدم اشتراطها تعاقديًا.

تحقق من تركيز الجليكول عند التعبئة. استخدم مقياس انكسار معايرًا لبروبيلين جليكول. تعبئة بنسبة 20% بدلًا من النسبة المحددة 25% تفقد الحماية من التجمد وقد تؤثر على فعالية المثبط.

حدد خطًا أساسيًا. سجّل درجة الحموضة، والتوصيل الكهربائي، وتركيز الكلوريد، وتركيز الجليكول، وعدد الميكروبات، والأكسجين المذاب (إن تم قياسه) عند بدء التشغيل. كل نتيجة لاحقة لا معنى لها بدون هذا الخط الأساسي.

لا تكتفِ بالاختبار، بل اهتم بالاتجاه. عينة ربع سنوية تقع دائماً "ضمن الحدود" لا تُخبرك بشيء. الاتجاه الصاعد يُخبرك بكل شيء.

خطط لتغيير سائل التبريد. يتدهور الجليكول المُثبِّط. تنفد المُثبِّطات، ويتأكسد الجليكول، وينحرف الرقم الهيدروجيني، وتتلاشى حماية السائل من التآكل تدريجيًا - قبل أن يتلف بشكل واضح. خصص ميزانية لتغييره خلال فترة تتراوح بين 3 و7 سنوات، وصمم النظام بنقاط تصريف ومنافذ لأخذ العينات ووصلة تعبئة تجعل العملية عملية في محطة عاملة.

الأسئلة الشائعة

هل يُعدّ PG25 إلزاميًا لتبريد الألواح الباردة في أنظمة الذكاء الاصطناعي؟ إنه المواصفة الأكثر شيوعًا والتركيبة المُستخدمة في منصات NVIDIA الحالية، ولكنه ليس الخيار الوحيد. يُستخدم الماء المُعالج بمثبطات التجمد في حال عدم الحاجة إلى الحماية من التجمد. التزم دائمًا بمتطلبات مُورّد معدات تكنولوجيا المعلومات.