مع استمرار تزايد الطلب على الخوادم والبنية التحتية لتقنية المعلومات، يُعدّ تبريد الخوادم وبيئات مراكز البيانات أحد أبرز التحديات. فالتبريد الفعّال لمراكز البيانات يحسّن أداء الخوادم ويعزز العمليات التشغيلية بشكل عام. ولهذا السبب، طُوّرت على مرّ السنين أساليب تبريد متعددة.
لماذا يُعدّ تبريد مراكز البيانات مهمًا؟
تضم مراكز البيانات عددًا كبيرًا من الخوادم المستخدمة لأغراض متنوعة. والقاسم المشترك بين هذه الخوادم هو عبء العمل الثقيل الذي يجعل معالجاتها وشرائحها تولّد كمية كبيرة من الحرارة.
ولفهم ذلك بشكل أفضل، فكّر في حاسوبك المحمول أو حاسوبك الشخصي. فعندما يُحمَّل بأكثر من عبء عمله المعتاد، لاحظ مدى شدة دوران مروحة النظام ومقدار الحرارة التي يولّدها الجهاز.
ولأن الخوادم كثيرًا ما توصف بأنها حواسيب فائقة، فإنها تولّد هي الأخرى قدرًا كبيرًا من الحرارة. وإذا لم تُزَل هذه الحرارة، فسيتراجع أداء الخوادم تدريجيًا ولن تعود قادرة على العمل بالكفاءة نفسها كما في السابق. لذلك، لا بد أن تمتلك بيئة مثل مركز البيانات، الذي يضم خوادم كثيرة، نظام تبريد مناسبًا.
أصبحت أنظمة التبريد اليوم من أهم المعايير التي تأخذها الشركات في الحسبان عند اختيار مركز البيانات. ونظرًا لأهمية أنظمة التبريد لأداء الخوادم، طُوّرت أساليب تبريد عديدة لمراكز البيانات؛ أثبت بعضها جدواه العملية بينما لم ينجح بعضها الآخر. لكن الأمر الواضح هو أنه مع تزايد استخدام الخوادم بمرور الوقت، تزايدت أيضًا الحاجة إلى تقنيات تبريد جديدة.
أساليب تبريد مراكز البيانات
تتوفر عدة أساليب لتبريد مراكز البيانات، وسنستعرضها في هذا القسم.
التبريد بالهواء
يعتمد هذا الأسلوب على المراوح وأنظمة التكييف وفتحات التهوية وغيرها من المعدات لتوليد تدفق للهواء. ويعمل التبريد بالهواء على إخراج الهواء الساخن المتولّد داخل مركز البيانات واستبداله بهواء نقي بارد. وهو من أكثر أساليب التبريد استخدامًا، ويوجد في كثير من مراكز البيانات.
في الماضي، كان التبريد بالهواء كافيًا لتلبية كثير من المتطلبات. أما اليوم، فقد ازدادت أعباء العمل حجمًا وكثافة، ما يعني أن هذا الأسلوب قد لا يكون مناسبًا أو فعّالًا بما يكفي لكل مراكز البيانات.
يُستخدم التبريد بالهواء عمومًا للخزائن (Racks) التي تقل كثافة طاقتها عن 20 kW.
التبريد بالسوائل
في التبريد المباشر بالسوائل، يُنقل سائل التبريد عبر شبكة من الأنابيب إلى المكونات المولّدة للحرارة مثل وحدات CPU وGPU. وعندما يمر السائل عبر مكونات مثل الألواح الباردة، فإنه يمتص الحرارة. وبعد أن يسخن، يعود إلى دائرة التبريد ليُبرَّد ويُعاد تدويره مجددًا.
في هذا الأسلوب، يتلامس السائل مباشرةً مع الشرائح أو مكونات تبريدها، لكن الخادم لا يُغمر بالكامل في السائل.
التبريد بالغمر
في هذا الأسلوب، يُغمر الخادم بالكامل في سائل. قد تظن أن ذلك سيُتلف الخادم أثناء إزالة الحرارة، لكن الأمر ليس كذلك. ففي التبريد بالغمر، يوضع الخادم في سائل غير موصل للكهرباء، فلا يلحق أي ضرر بمكوناته.
يمتص السائل الحرارة المتولّدة ويمنع ارتفاع حرارة الخادم بشكل مفرط. وهذا الأسلوب فعّال لدرجة أنه يتيح نشر معدات عالية الكثافة للغاية في منشآت صُمّمت أصلًا لكثافات طاقة منخفضة أو متوسطة.
يمكن استخدام التبريد بالغمر لأي نوع تقريبًا من الخوادم وأعباء العمل.
التبريد بالتبخير
نظرًا لأن التبريد بالهواء وحده لم يعد قادرًا على تلبية متطلبات كثير من مراكز البيانات، في حين قد يكون استبدال نظام التبريد بالكامل مكلفًا للغاية، فقد يكون التبريد بالتبخير الخيار الأفضل لهذه المنشآت.
تسحب المراوح الهواء الخارجي إلى داخل مركز البيانات لتبريده. وقبل أن يصل هذا الهواء إلى المعدات، يعمل تبخّر الماء على انتزاع الحرارة منه وخفض درجة حرارته.
التبريد المجاني
التبريد المجاني أسلوب يستفيد من الموارد الطبيعية المتاحة لخفض درجة حرارة مركز البيانات عندما تكون الظروف البيئية ملائمة، ما يقلل الحاجة إلى تشغيل معدات التبريد التقليدية بشكل متواصل. وفي هذا الأسلوب، يمكن أن يؤدي الهواء الخارجي أو مصادر المياه الباردة طبيعيًا دورًا مهمًا في نقل الحرارة.
ويمكن الاستعانة بتقنيات مثل المقتصِدات (Economizers)، والتبريد غير المباشر من جهة الهواء، والعجلات الحرارية، والمبادلات الحرارية اللوحية لتطبيق نظام التبريد هذا.
تتوقف إمكانية استخدام هذا الأسلوب على المناخ والمناخ المحلي لموقع مركز البيانات. لذلك، يجب تقييم الظروف البيئية للموقع بعناية قبل اختياره. وعندما تكون الظروف ملائمة، يمكن للتبريد المجاني أن يخفض استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون. وقد يكون فعّالًا بشكل خاص لمراكز البيانات التي تدعم أعباء عمل كثيفة مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء (HPC).
Deploy Your VPS in Leading Data Centers
Choose from multiple global locations and launch a powerful virtual server with high-speed connectivity, reliable infrastructure, and flexible resources.
اتجاهات تبريد مراكز البيانات ومستقبله
يُعدّ الحدّ من الأثر البيئي من أهم الاعتبارات في تبريد مراكز البيانات. وقد أثبتت بعض أساليب التبريد الحالية فعاليتها ويمكن أن تظل مستخدمة على نطاق واسع. غير أن الأساليب المرجّح انتشارها مستقبلًا توفر فوائد بيئية أكبر وطرقًا أكثر فعالية لإدارة الحرارة المهدرة، ومنها:
- التبريد التكيفي: في هذا الأسلوب، يضبط الذكاء الاصطناعي مستوى التبريد وفقًا للحالة الراهنة للخوادم وعبء عملها، ما يمنع التبريد المفرط واستهلاك الطاقة غير الضروري.
- مراكز البيانات الطرفية (Edge): يتيح تزايد استخدام مراكز البيانات الطرفية معالجة البيانات بالقرب من المستخدمين. ويمكن لهذه المنشآت اعتماد أساليب تبريد أحدث تلائم ظروفها الخاصة.
- الطاقة المستدامة: يمكن أن يساعد استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى جانب البطاريات وأنظمة تخزين الطاقة مراكزَ البيانات على خفض استهلاكها للطاقة وبصمتها الكربونية.
ما مراكز البيانات الكبرى التي تستخدم التبريد بالسوائل؟
اعتمدت كبرى الشركات المشغّلة لمراكز البيانات مثل Google وAmazon وHetzner على التبريد بالهواء لسنوات طويلة. ولم تتغير أنظمة التبريد لديها كثيرًا خلال هذه الفترة، وإن كان بعضها قد أدخل أيضًا التبريد بالتبخير. لكن نظرًا لأن هذه الأنظمة قد تكون مكلفة التركيب وقد تثير مخاوف بيئية، لا سيما فيما يتعلق باستهلاك المياه وإعادتها إلى البيئة الطبيعية، فإنها لا تُستخدم في كل مكان.
لا تتوفر اليوم بيانات أو معلومات تفصيلية كثيرة حول أساليب التبريد المستخدمة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، لا بد أن تعتمد البنية التحتية الداعمة لمنصات مثل OpenAI وClaude وGemini على تقنيات التبريد بالسوائل، على الأقل للخوادم التي تتولى أعباء عمل كثيفة للغاية.
وفي عام 2018، وضعت Microsoft أيضًا مركز بيانات محكم الإغلاق بحجم حاوية في قاع البحر لاختبار فكرة إنشاء مراكز بيانات تحت الماء. ولأن مياه البحر موصلة للكهرباء، لم تكن معدات الخوادم على تماس مباشر معها، بل كانت محمية داخل غلاف مانع لتسرب الماء. وقد ساعدت درجة حرارة مياه البحر المحيطة، المنخفضة والمستقرة نسبيًا، على تبريد الخوادم.
عملت هذه الخوادم تحت الماء لمدة عامين تقريبًا. وعلى الرغم من الإمكانات الكبيرة للمشروع في خفض تكاليف إنشاء الخوادم وتبريدها، لم تعتمد أي شركة أو جهة مشغّلة لمراكز البيانات هذا النهج على نطاق واسع منذ ذلك الحين.
قد يؤثر إنشاء مراكز البيانات تحت الماء سلبًا على الحياة البحرية، وقد يُخلّ بالنظم البيئية المائية على المدى الطويل.
ختامًا: كيف يحسّن التبريد التكيفي كفاءة مراكز البيانات؟
يستخدم التبريد التكيفي الذكاء الاصطناعي والبيانات الآنية لضبط مستويات التبريد باستمرار وفقًا لأعباء عمل الخوادم والظروف البيئية. ومن خلال توفير التبريد في المكان والوقت اللازمين فقط، يمكنه منع التبريد المفرط وخفض استهلاك الطاقة وتحسين الكفاءة الإجمالية لمركز البيانات.
الأسئلة الشائعة
1. هل يمكن استخدام التبريد بالغمر لجميع أنواع الخوادم؟
يمكن استخدام التبريد بالغمر لطيف واسع من الخوادم وأعباء العمل، لكن ليست كل عتاد الخوادم متوافقة تلقائيًا مع هذا الأسلوب. إذ يجب أن تكون المكونات ملائمة للغمر في سائل تبريد عازل غير موصل للكهرباء، كما يجب مراعاة عوامل مثل توافق العتاد ومتطلبات الصيانة وتصميم المنشأة.
2. هل يستهلك التبريد بالسوائل طاقة أقل من التبريد بالهواء؟
في كثير من الحالات، قد يستهلك التبريد بالسوائل طاقة أقل من التبريد بالهواء، لأن السوائل تنقل الحرارة بكفاءة أعلى من الهواء. وهذا يعني أن أنظمة التبريد قد تحتاج إلى طاقة أقل لإزالة الحرارة من الخوادم عالية الكثافة. ومع ذلك، يتوقف التوفير الفعلي في الطاقة على تصميم نظام التبريد وعبء عمل الخوادم والبنية التحتية لمركز البيانات.
