حاليًا، تُقسّم حلول التبريد السائل للخوادم عالية الكثافة في مراكز البيانات إلى فئتين رئيسيتين: تقنية التبريد السائل غير المباشر وتقنية التبريد السائل المباشر. ويعتمد هذا التصنيف بشكل أساسي على الشكل النهائي الداخلي لحلول التبريد السائل.
الكلمات الدالة
تقنية التبريد السائل غير المباشر
تقنية التبريد السائل المباشر
محتويات المقالة
تشير تقنية التبريد السائل غير المباشر إلى عملية نقل الحرارة دون اتصال مباشر بين مصدر حرارة الخادم والمبرد السائل، وتنقسم بشكل رئيسي إلى صفيحة تبريد وأنبوب حراري. وتنقسم الصفيحة الباردة إلى "صفيحة باردة أحادية الطور" و"صفيحة باردة متغيرة الطور" وفقًا لتغير الطور في عملية نقل حرارة المبرد.
يُقسّم أنبوب الحرارة إلى "أنبوب حراري ثنائي المرحلة" و"أنبوب حراري + تبريد مائي" وفقًا لطريقة تبديد الحرارة في طرف التكثيف. حاليًا، يُعدّ التبريد السائل بلوحة تبريد أحادية الطور هو الحل الأكثر شيوعًا.
يستخدم خادم هواوي فيوجن المبرد بالسائل حلاً لوحيًا مبردًا بالسائل أحادي الطور للتبريد. تصل كثافة الطاقة للخزانة الواحدة إلى 45 كيلو واط/رف. يستخدم عامل التبريد الفرعي الماء منزوع الأيونات + عامل تثبيط التآكل BTA، ويمكن أن تصل أقصى درجة حرارة مدعومة للماء الداخل إلى 45 درجة مئوية، مما يحقق مستوى التبريد السائل W4 وفقًا لمعيار DLC.
بأخذ مناخ بكين كمثال (أقصى درجة حرارة سنوية قصوى للبصلة الرطبة هي 31.5 درجة مئوية)، يمكن استخدام برج التبريد لتحقيق تبريد طبيعي على مدار العام، ويمكن خفض كفاءة استخدام الطاقة (PUE) لغرفة الماكينة إلى 1.1 نظريًا. بالإضافة إلى ذلك، يُحسّن تبسيط نظام التبريد متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF).
يتميز تصميم هيكل لوحة التبريد السائل بعلاقة اقتران قوية مع الخادم، كما يتميز بانخفاض شموليته، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة الإنتاج. على الرغم من إضافة تقنية نقل الحرارة الدقيقة والحقن وغيرها من تقنيات نقل الحرارة المُحسّنة بالمركبات إلى رأس التبريد المائي للمعالج، إلا أن سعة نقل الحرارة لكل وحدة مساحة قد تحسنت بشكل أكبر، وهو أمر لا يزال بحاجة إلى مزيد من التطوير.
حاليًا، تدعم لوحة التبريد السائل من لينوفو وحدة معالجة مركزية بقوة 270 واط؛ وتتطلب هذه اللوحة متطلبات عالية فيما يتعلق بوسط التبريد الدائري، مثل درجة الحموضة (PH)، والنظافة، وتركيز أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. تؤثر هذه المعايير على سعة نقل الحرارة، والتآكل، ومقاومة الدوران، وغيرها. المقاومة المحلية لوصلة التوصيل السريع كبيرة، لذا فهي بحاجة إلى مزيد من التحسين.
تشير تقنية التبريد السائل المباشر إلى عملية نقل الحرارة من خلال التلامس المباشر بين سائل التبريد والمكونات الإلكترونية، وتصنف بشكل رئيسي إلى نوع الرش، ونوع الرش، ونوع الغمر. يشير نوع الرش إلى سائل التبريد المضغوط في فوهة الرش بعد تفتيته إلى قطرات صغيرة الحجم، ثم رشه على سطح المكونات الإلكترونية، مما يؤدي إلى نقل الحرارة عند درجة الغليان، ثم تبديد الحرارة.
يستخدم نوع الرش خصائص نقل الحرارة بالحمل القسري عالي السرعة لتعزيز كثافة نقل الحرارة، والمبدأ مشابه لنوع الرش.
يشير مصطلح الغمر إلى غمر المكونات الإلكترونية في سائل التبريد ونقل الحرارة، وذلك وفقًا لعملية نقل الحرارة، وما إذا كان انتقال الطور يُصنف إلى غمر أحادي الطور وغمر انتقال طوري. يُستخدم التبريد السائل المغمور حاليًا في التطبيقات التجارية الصغيرة.
تم إنتاج منتجات توليد خوادم التبريد السائل من شركة علي فيتيان كيرين من مختبر غرفة البيانات في تشانغبي، وذلك لتطبيقات محدودة النطاق. يهدف حل التبريد السائل إلى تحقيق كثافة طاقة للخزانة الواحدة تبلغ 100 كيلوواط/رف، ويستخدم سائل 3M المفلور FC-72 بدرجة غليان تبلغ 56 درجة مئوية، وهو ينتمي إلى فئة التبريد بالغمر بتغير الطور.
يتم تسخين ملف سائل التبريد داخل الخزان وغليه باستخدام المكونات الإلكترونية، ويتكثف السائل الغازي المفلور إلى سائل على سطح جدار ملف سائل التبريد لتحقيق نقل الحرارة من العنصر الإلكتروني إلى سائل التبريد.
بعد تبادل سائل التبريد مع مياه التبريد المتداولة داخل وحدة التبريد المركزية من خلال المبادل الحراري اللوحي، يتم توزيع الحرارة أخيرًا على البيئة من خلال برج التبريد الخارجي.
في الوقت الحاضر، تبلغ درجة حرارة مدخل سائل التبريد 30 درجة مئوية، ويمكن زيادة درجة حرارة المدخل بشكل أكبر في التحسين اللاحق للمنتج لتحقيق غرض التبريد الطبيعي على مدار العام.
أما بالنسبة لحالة التطبيق الحالية للتبريد السائل المغمور
مع تطور التكنولوجيا، لا تزال هناك العديد من المشاكل على النحو التالي:
تصميم الحاوية المُحكم للهواء. نظرًا لأن شدة نقل الحرارة للسائل المُفلور في الحاوية والعنصر الإلكتروني تعتمد على معدل حمل المكونات الإلكترونية، فعندما يكون تقلب معدل الحمل كبيرًا نسبيًا، يزداد تبخر سائل الفلورايد في وحدة الزمن، مما يؤدي إلى تقلب الضغط في الحاوية؛ تسرب المحلول المُفلور أثناء الصيانة.
بسبب انتقال الحرارة عن طريق الغمر بتغير الطور، عندما يكون من الضروري استبدال أو صيانة أحد معدات تكنولوجيا المعلومات في الحاوية، فإن كمية كبيرة من السائل المفلور سوف تتسرب أثناء عملية توصيل وإزالة معدات تكنولوجيا المعلومات لأن شركة معدات أخرى لا تزال تعمل.
أما بالنسبة لـ FC-72، فإن السائل المفلور ينتمي إلى الغازات المسببة للاحتباس الحراري وله بنية مستقرة، مما يعني أن السائل المفلور الهارب سوف يبقى في الغلاف الجوي لفترة طويلة ويصعب تحلله.
تكلفة المحلول الإلكتروني المُفلور مرتفعة. وقلة من الشركات المصنعة تتركز بشكل رئيسي في شركة 3M وشل وشركات متعددة الجنسيات أخرى، لذا ليس من السهل خفض التكلفة على المدى القصير.
