برای دستیابی به مقیاس‌پذیری پایدار در حوزه هوش مصنوعی، توسعه و استقرار مراکز داده سبز، امری حیاتی است. این مراکز با رویکردهای نوین و سازگار با محیط زیست طراحی و بهره‌برداری می‌شوند. توسعه زیرساخت‌های خودروهای برقی و انرژی‌های تجدیدپذیر، فشار مضاعفی را بر منابع انرژی و محیط زیست وارد می‌سازد. از سوی دیگر، تحولات هوش مصنوعی باعث شده است زمینه‌ساز جایگزینی زیرساخت‌های الکتریکی قدیمی با سیستم‌های مدرن و کارآمدتر شود. در نهایت فرصت‌های بی‌نظیری برای بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی در مراکز داده فراهم شده است تا قدمی برای بهبود مصرف منابع انرژی ایجاد شود .

در کنار این تحولات، تقاضا برای داده‌ها به شدت در حال افزایش است. با انفجار کاربردهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (ML)، مراکز داده از انرژی بیشتری در جهان استفاده می‌کنند. طبق گفته آژانس بین‌المللی انرژی، هرجست‌وجو در ChatGPT به ۲.۹ وات ساعت برق در مقایسه با ۰.۳ وات ساعت برای یک جست‌وجوی گوگل نیاز دارد. علاوه‌بر این، آژانس بین‌المللی انرژی تخمین می‌زند که مصرف انرژی جهانی داده‌ها تا ۱.۳ درصد از تقاضای برق جهانی را تشکیل می‌دهد تخمین‌های دیگر این رقم را حتی بالاتر می‌برند. بنابراین بخش عمده مصرف برق و انرژی، صرف مدل‌های هوش مصنوعی و ذخیره داده‌ها می‌شود.

خنک‌سازی تجهیزات فناوری اطلاعات با هوش مصنوعی
قدرت طراحی حرارتی (TDP) معیاری برای مصرف برق یک تراشه و نیازهای خنک‌سازی آن است. اگر میزان قدرت حرارتی یک تراشه بیشتر از ظرفیت سیستم خنک‌کننده باشد، درنتیجه بیش از حد گرم و باعث کاهش کارایی تجهیزات و افت عملکرد می‌شود. طراحی سیستم خنک‌کننده مناسب بخش مهمی از راه‌اندازی مراکز داده هوش مصنوعی است و فرصت‌های بهبود پایداری را فراهم می‌کند.

به طور سنتی، تجهیزات فناوری اطلاعات در مراکز داده با هوا خنک می‌شدند. در سیستم‌های خنک‌کننده هوا، کل اتاق با استفاده از سیستم تهویه مطبوع خنک می‌شود و فن‌ها هوای خنک را از طریق سرورها عبور می‌دهند و تراشه‌ها را خنک می‌کنند. با این حال، خنک‌سازی با هوا نمی‌تواند از تقاضای بالای خنک‌سازی مراکز داده هوش مصنوعی پشتیبانی کند.

تحولی در خنک‌سازی مراکز داده با استفاده از سیالات
برای محافظت از تجهیزات فناوری اطلاعات و مدیریت انرژی، مراکز داده به سمت خنک‌سازی مایع روی آورده‌اند که از مایع سرد برای جذب و انتقال گرما از تجهیزات فناوری اطلاعات استفاده می‌کنند. خنک‌سازی مایع موثرتر است؛ زیرا مایع ظرفیت انتقال حرارت بالاتری نسبت به هوا دارد و می‌تواند به منبع گرما نزدیک‌تر شود.

این امر انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی را کاهش می‌دهد که منجر به کاهش هزینه‌ها و کاهش تأثیر زیست‌محیطی می‌شود. در حالی که اکثریت مراکز داده امروزه با هوا خنک می‌شوند. انتظار می‌رود که با رشد و گسترش هوش مصنوعی، خنک‌سازی مایع به سرعت رشد کند.

انواع خنک‌سازی مایع، مراکز داده سبز و پایدار
برای ساخت موفق مراکز داده سبز، درک پیکربندی‌های مختلف خنک‌سازی مایع اهمیت دارد. چهار نوع ویژگی اصلی وجود دارد:

۱.خنک‌سازی مایع به هوا
خنک‌سازی مایع، روشی است که در آن، مایع خنک از طریق لوله‌ها به تجهیزات فناوری اطلاعات در مراکز داده‌ای که با هوا خنک می‌شوند، منتقل می‌شود. این مایع پس از جذب گرما، توسط دستگاهی به نام «واحد دفع حرارت مایع به هوا» دوباره خنک شده و مجدداً به گردش در می‌آید. از آنجا که این مایع در یک مسیر بسته حرکت می‌کند، نیازی به ایجاد زیرساخت‌های جدید در تأسیسات نیست. سیستم‌های مایع به هوا نیز با گردش مایع در یک حلقه بسته، باعث صرفه‌جویی بیشتر در مصرف آب می‌شوند.

۲.خنک‌کننده مایع از طریق تبدیل هوا به مایع
این سیستم برای خنک کردن تجهیزات فناوری اطلاعات از هوا استفاده می‌کند، اما هوای گرم را با مایع سرد خنک کرده و دوباره به اتاق بازمی‌گرداند. به این ترتیب، گرمای تولیدشده توسط سرورها از رک‌ها جدا می‌شود و نیاز به خنک‌سازی کل فضای اتاق داده کاهش می‌یابد. در این روش، از مایع تاسیسات برای خنک کردن حلقه‌های مایع داخل خنک‌کننده‌هایی که در پشت سرورها نصب شده‌اند (خنک‌کننده‌های درب پشتی) استفاده می‌شود.

در این سیستم‌ها، خنک‌کننده‌های درب پشتی حاوی لوله‌هایی (حلقه‌های) پر از مایع هستند. این مایع توسط سیستم خنک‌کننده اصلی ساختمان همان تاسیسات خنک می‌شود. به عبارت دیگر، سیستم خنک‌کننده ساختمان، مایع داخل این خنک‌کننده‌های درب پشتی را خنک نگه می‌دارد.

۳.خنک‌سازی مستقیم به تراشه
این فناوری با استفاده از یک خنک‌کننده که مستقیماً روی تراشه نصب می‌شود، گرما را به‌طور مؤثر در همان منبع آن از بین می‌برد. این سیستم می‌تواند با خنک‌کننده‌های مایع به هوا ترکیب شود یا از مایع تاسیسات استفاده کند. با این حال، طراحی دقیق این سیستم بسیار حیاتی است، زیرا مایع در نزدیکی تجهیزات فناوری اطلاعات قرار دارد و نیاز به ایمنی و دقت بیشتری دارد.

این روش به دلیل تماس مستقیم خنک‌کننده با تراشه، بالاترین راندمان انتقال حرارت را در بین روش‌های خنک‌سازی دارد و برای مراکز داده مدل‌های هوش مصنوعی کارایی بالایی دارد. این امر به ویژه برای پردازنده‌های پرقدرت مانند CPU و GPU که گرمای زیادی تولید می‌کنند، بسیار مهم است. از طرفی در راستای ایجاد هوش مصنوعی پایدار و دیتاسنترهای سبز، این روش با خنک کردن مؤثر تراشه‌ها در منبع تولید گرما، نیاز به خنک‌سازی کل محیط (مانند اتاق سرور) کاهش می‌یابد و در نتیجه، مصرف انرژی به طور قابل توجهی پایین می‌آید.

۴.خنک‌سازی غوطه‌وری
در روش خنک‌سازی غوطه‌وری، سرورها به طور کامل در مایعی دی‌الکتریک و خنک غوطه‌ور می‌شوند. این روش نه تنها گرمای تجهیزات فناوری اطلاعات را به‌طور مؤثر مدیریت می‌کند، بلکه از آن‌ها در برابر گرد و غبار و رطوبت نیز محافظت می‌کند. خنک‌سازی غوطه‌وری می‌تواند از نظر مصرف انرژی بسیار کارآمد باشد، اما چالش‌های خاصی در زمینه پایداری دارد، از جمله تولید مایع دی‌الکتریک که باید از طریق فرآیندهای سازگار با محیط زیست انجام شود.

در مرکز هر سیستم خنک‌کننده مایع، واحد توزیع مایع خنک‌کننده (CDU) قرار دارد. بسته به روش خنک‌سازی، CDUها می‌توانند قطعات مستقل تجهیزات یا بخشی از تجهیزات دیگر باشند. CDUها به عنوان قلب و مغز هر سیستم خنک‌کننده مایع عمل می‌کنند و از الگوریتم‌های کنترل پیشرفته برای پمپ دقیق مایع سرد از طریق کل حلقه خنک‌کننده با سرعت و دمای بهینه استفاده می‌کنند.

استقرار خنک‌سازی مایع برای بهبود مراکز داده سبز
کارایی استفاده از انرژی (PUE) یک شاخص مهم برای سنجش پایداری مراکز داده است. این معیار با تقسیم کل انرژی مصرفی مرکز داده بر انرژی مصرفی تجهیزات محاسباتی آن محاسبه می‌شود. هرچه PUE کمتر باشد، مرکز داده کارآمدتر در نظر گرفته می‌شود. استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده مایع می‌تواند در کاهش PUE و بهبود کارایی انرژی در پیکربندی‌های مختلف مراکز داده مؤثر باشد.

انتخاب بهترین سیستم خنک‌کننده به متغیرهای مختلفی بستگی دارد و نمی‌توان گفت یک راه‌حل برای همه موارد بهترین است. مهم‌ترین نکته این است که سیستم خنک‌کننده باید با نیاز مرکز داده سازگار باشد. برای مراکز داده‌ای که باید به سرعت قابلیت خنک‌سازی خود را برای پشتیبانی از تراشه‌های هوش مصنوعی افزایش دهند، اما زمان کافی برای بازسازی یا نوسازی کامل ندارند، سیستم‌های خنک‌کننده مایع به هوا می‌توانند گزینه مناسبی باشند.

یک مرکز داده که همچنان از تراشه‌های خنک‌شده با هوا استفاده می‌کند، می‌تواند با استفاده از خنک‌کننده هوا به مایع کارایی خود را بهبود بخشد. این روش به مراکز داده سبز نیز کمک می‌کند تا برای تامین انرژی پایدار در محاسبات با کارایی بالا آماده شوند و بهره‌وری بیشتری داشته باشند.

مهندسان می‌توانند استفاده از خنک‌کننده‌های مایع را به فراتر از تجهیزات محاسباتی در مراکز داده گسترش دهند. یکی از موارد کاربرد، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری است که نقش مهمی در ارائه برق پشتیبان دارند. خنک‌سازی مایع می‌تواند باتری‌ها را کارآمدتر خنک کرده و به آن‌ها کمک کند تا عملکرد بهینه‌تری داشته باشند و طول عمر بیشتری پیدا کنند.

تبدیل شدن به مدافع مراکز داده سبز
رهبران فناوری باید تیم‌های خود را تشویق کنند تا مرزهای فناوری‌های خنک‌سازی مایع را گسترش دهند و با بهبود مستمر این فناوری‌ها، کارایی و قابلیت اطمینان را افزایش دهند. همچنین، مهندسان می‌توانند راهکارهای خلاقانه‌ای برای استفاده مجدد از گرمای منتقل‌شده به مایع گرم پیدا کنند. برای مواردی مانند محافظت از فضای خارجی مرکز داده در برابر یخ‌زدگی و ذوب یخ یا حتی استفاده از این گرما برای گرم کردن خانه‌ها و مشاغل درنظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، استفاده از الگوریتم‌های کنترل پیشرفته می‌تواند به افزایش کارایی سیستم‌های خنک‌سازی کمک کند.

از همه مهم‌تر، رهبران فناوری باید به حمایت از ایجاد مراکز داده سبزتر ادامه دهند. با پیشرفت مداوم فناوری‌های محاسباتی، توسعه اکوسیستم‌های پایدارتر در اطراف این فناوری‌ها یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی است که رهبران فناوری باید بر آن غلبه کنند.