افزایش تقاضا برای توان پردازشی بالا در حوزه‌های هوش مصنوعی و رایانش با کارایی بالا (HPC) موجب شده است تا روش‌های سنتی خنک‌سازی با هوا دیگر پاسخ‌گو نباشند. در همین راستا، خنک‌سازی مایع (Liquid Cooling) به عنوان راهکاری تحول‌آفرین در طراحی دیتاسنترهای نسل جدید مطرح شده است.

هرچند انتقال حرارت با مایع موضوع جدیدی نیست، اما فناوری‌های نوین باعث شده‌اند این خنک‌سازی به سطح اجزای داخلی سرورها و تراشه‌ها نزدیک‌تر شود. این تحول، مدیریت حرارتی دیتاسنتر را دگرگون کرده است. با این حال، اجرای آن چالش‌های متعددی دارد و نیازمند طراحی دقیق و درک عمیق از زیرساخت فیزیکی است.

دو فناوری اصلی: Rear Door Heat Exchanger و Direct-to-Chip

۱. Rear Door Heat Exchanger (RDHx): در این روش، مبدل حرارتی به درِ پشتی رک نصب می‌شود و مایع خنک‌کننده گرمای هوای خروجی را جذب کرده و در یک مدار بسته به سیستم سرمایش بازمی‌گردد. این روش به اصلاح دقیق نقاط داغ کمک می‌کند و بدون تغییر در ساختار سرورها قابل پیاده‌سازی است.

۲. Direct-to-Chip (DTC): در این مدل، مایع مستقیماً با تراشه در تماس قرار می‌گیرد. دو نوع دارد: تک‌فازی (Single-phase) و دو‌فازی (Two-phase). در نوع دو‌فازی، مایع با جذب گرما به بخار تبدیل می‌شود و پس از چگالش دوباره به مایع بازمی‌گردد. این فناوری خنک‌کنندگی بسیار بالایی دارد و برای بارهای سنگین AI ایده‌آل است.

نقش واحد توزیع خنک‌سازی (CDU)

واحدهای Cooling Distribution Unit مغز کنترل سیستم خنک‌سازی مایع هستند. وظیفه آن‌ها تنظیم دما، فشار، فیلتر و کنترل جریان مایع در سیستم‌های DTC و RDHx است. انتخاب CDU مناسب یکی از عوامل کلیدی موفقیت در طراحی خنک‌سازی مایع محسوب می‌شود.

چالش‌های اجرای خنک‌سازی مایع

اجرای سیستم‌های مایع مستلزم برنامه‌ریزی دقیق و انطباق با زیرساخت موجود است. بر اساس تجربیات شرکت Align، مهم‌ترین چالش‌ها شامل موارد زیر است:

• زمان طولانی تولید و تحویل تجهیزات (Lead Time)
• هزینه بالا و نیاز به توقف در عملیات برای نصب
• نگهداری پیچیده و نیاز به همکاری نزدیک تیم‌های IT و تاسیسات
• چالش‌های طراحی فیزیکی و وزن زیاد رک‌ها (تا ۲۲۰۰ کیلوگرم)
• ناسازگاری با برخی سازندگان سرور و ابطال گارانتی تجهیزات

علاوه بر این، رساندن خطوط مایع سرد به فضای سفید (White Space) دیتاسنتر در ساختمان‌های موجود اغلب دشوار است، زیرا بیشتر زیرساخت‌های فعلی برای جریان آب طراحی نشده‌اند.

چالش‌های طراحی و ایمنی

در محیط‌هایی با کف کاذب، لوله‌کشی زیر رک‌ها ایمن‌تر است اما در کف صلب (Slab Floor)، باید سیستم تعلیق سقفی را برای تحمل وزن خطوط مایع تقویت کرد. همچنین خطر نشت مایع یا ایجاد فشار اضافی در شبکه، نیازمند سیستم‌های هشدار و قطع خودکار است.

هم‌زیستی هوا و مایع در خنک‌سازی

حتی در دیتاسنترهای مایع‌محور، خنک‌سازی هوایی به‌طور کامل حذف نمی‌شود. تجهیزات جانبی و برق همچنان به تهویه محیطی نیاز دارند. راهکار بهینه، ترکیب هوشمند هر دو سیستم است تا تعادل میان مصرف انرژی و عملکرد حفظ شود.

جمع‌بندی و توصیه‌ها

خنک‌سازی مایع دیگر گزینه‌ای لوکس نیست بلکه ضرورتی برای نسل جدید دیتاسنترهاست. با افزایش تراکم پردازش در رک‌ها و ورود تراشه‌های AI، مایع به تنها راه پایدار برای دفع گرما تبدیل می‌شود.

برای موفقیت در پیاده‌سازی، همکاری با شرکت‌های متخصص طراحی دیتاسنتر از مراحل اولیه، انتخاب تجهیزات استاندارد و برنامه‌ریزی دقیق نگهداری پس از نصب ضروری است.