وحدات توزيع التبريد: البنية التحتية للتبريد السائل في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي
تم التحديث في 11 ديسمبر 2025
تحديث ديسمبر 2025: يصل سوق التبريد السائل إلى 5.5 مليار دولار في عام 2025، مع توقعات بوصوله إلى 15.8 مليار دولار بحلول عام 2030 (معدل نمو سنوي مركب 23%). تتطلب معالجات H200 GPU بقدرة حرارية 700 واط تبريداً سائلاً على نطاق واسع. سيتطلب رف NVIDIA Kyber (2027) طاقة تتراوح بين 600 كيلوواط إلى 1 ميجاواط لكل رف. تطلق Supermicro وحدات CDU بقدرة 250 كيلوواط تضاعف السعة السابقة. تحقق وحدات CDU توافراً بنسبة 99.999% مع بنية ثلاثية التكرار وتجاوز الفشل خلال 100 مللي ثانية.
يُمثل عام 2025 العام الذي تحول فيه التبريد السائل من تقنية رائدة إلى معيار أساسي. لم يعد التبريد السائل مقتصراً على عمليات النشر التجريبية، بل أصبح يعمل الآن كعامل تمكين حاسم للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي.¹ يواجه مشغلو مراكز البيانات الذين ينشرون معالجات NVIDIA H200 GPU أحمالاً حرارية تبلغ 700 واط لكل جهاز، وهو ما لا يمكن للتبريد الهوائي إزالته بكفاءة من حيث التكلفة على نطاق واسع.² يزداد هذا المسار كثافةً مع رف NVIDIA Kyber المتوقع في عام 2027، والذي سيتطلب 600 كيلوواط مبدئياً ويتوسع إلى 1 ميجاواط لكل رف، مما يستلزم بنية تحتية للتبريد السائل قادرة على إزالة أحمال حرارية غير مسبوقة.³
وصل سوق التبريد السائل لمراكز البيانات إلى 5.52 مليار دولار في عام 2025 مع توقعات بوصوله إلى 15.75 مليار دولار بحلول عام 2030 بمعدل نمو سنوي مركب 23.31%.⁴ تتوقع تحليلات بديلة نمواً من 2.84 مليار دولار في عام 2025 إلى 21.15 مليار دولار بحلول عام 2032 بمعدل نمو سنوي مركب 33.2%.⁵ تشكل وحدات توزيع التبريد (CDUs) البنية التحتية المركزية التي تمكّن هذا التحول، حيث تدير دوران سائل التبريد بين أنظمة المياه في المنشأة ومعدات تقنية المعلومات مع الحفاظ على درجات الحرارة الدقيقة التي تتطلبها أجهزة الذكاء الاصطناعي.
كيف تمكّن وحدات CDU التبريد السائل على نطاق واسع
تعمل وحدات توزيع سائل التبريد كواجهة بين البنية التحتية لتبريد المنشأة وأنظمة التبريد السائل على مستوى الرف. تدير وحدات CDU نقل الحرارة من الحلقة الثانوية التي تخدم معدات تقنية المعلومات إلى الحلقة الأولية المتصلة بمبردات المنشأة أو أبراج التبريد.
بنية التبادل الحراري تستخدم مبادلات حرارية من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 متوافقة مع سوائل التبريد المختلفة.⁶ يعزل المبادل الحراري حلقات تبريد تقنية المعلومات عن مياه المنشأة، مما يمنع التلوث مع تمكين النقل الحراري الفعال. تصل معدلات التدفق القصوى إلى 3,600 لتر في الدقيقة لامتصاص الحرارة ونقلها بسرعة.⁷
التحكم في درجة الحرارة يحافظ على ظروف دقيقة. تحقق وحدات CDU نطاقات حرارة من -20 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية حسب متطلبات التطبيق.⁸ يمنع التحكم الدقيق في درجة الحرارة الاختناق الحراري في معالجات GPU ويحافظ على أداء حوسبة متسق.
إدارة الضغط تتيح المرونة في التركيب. يسمح ضغط الرفع الذي يزيد عن 50 رطل لكل بوصة مربعة بتمديدات أطول بين وحدة CDU ورفوف الخوادم.⁹ توفر المضخات المزدوجة ذات المحرك متغير السرعة (VSD) استجابة ديناميكية لطلب التبريد مع تعزيز كفاءة الطاقة.¹⁰
ميزات الموثوقية تضمن التوافر. تستخدم وحدات CDU الحديثة بنية ثلاثية التكرار مع احتياطي ساخن بنسبة 1:1 للمكونات الحرجة.¹¹ أثناء أعطال الوحدة الرئيسية، تتحول أنظمة النسخ الاحتياطي بسلاسة خلال 100 مللي ثانية، محققةً توافراً بنسبة 99.999%.¹²
كفاءة الطاقة توفر وفورات تشغيلية. مقارنةً بوحدات التبريد الهوائي، تستهلك وحدات CDU كهرباء أقل بنسبة 20-30% لنفس سعة التبريد.¹³ تتراكم مكاسب الكفاءة عبر عمليات نشر الذكاء الاصطناعي الكبيرة حيث يمثل التبريد جزءاً كبيراً من إجمالي استهلاك الطاقة.
سعة CDU لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي
تدفع كثافة طاقة خوادم الذكاء الاصطناعي متطلبات تحجيم CDU. يبلغ TDP لمعالج NVIDIA GB200 GPU واحد 1.2 كيلوواط. يصل خادم GB200 NVL72 النموذجي المزود بـ 8 معالجات GPU ومعالجين CPU إلى 10 كيلوواط إجمالي TDP.¹⁴ يجب أن تتوسع سعة CDU لتتناسب مع مجموعات الرفوف الكاملة من هذه الأنظمة.
التكوينات المبدئية تعالج الكثافات المعتدلة. توفر وحدة Boyd's 10U Liquid-to-Air CDU سعة تصل إلى 15 كيلوواط حسب الحمل الحراري ومتطلبات درجة حرارة الاقتراب.¹⁵ تناسب هذه الوحدات عمليات نشر الحافة أو بيئات الاستضافة المشتركة منخفضة الكثافة.
الأنظمة متوسطة المدى تدعم الرفوف عالية الكثافة. يبرد Chilldyne's CF-CDU300 خوادم بسعة تصل إلى 300 كيلوواط.¹⁶ ضمن رف قياسي 42U، تمكّن الأنظمة التي تحقق تبريد مجموعة خوادم بقدرة 50 كيلوواط توحيداً كبيراً لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي.¹⁷
المنصات عالية السعة تخدم عمليات النشر فائقة النطاق. تقدم Motivair وحدات CDU بستة نماذج قياسية وتكوينات OEM مخصصة تتوسع إلى 2.3 ميجاواط من حمل تقنية المعلومات.¹⁸ أصدرت Supermicro حلول NVIDIA Blackwell على مستوى الرف في يونيو 2025 مع وحدات CDU بقدرة 250 كيلوواط تضاعف السعة السابقة.¹⁹
الأنظمة على مستوى المؤسسات تعالج متطلبات مركز البيانات بالكامل. توفر وحدة CDU من الجيل التالي من Trane سعة تبريد تصل إلى 10 ميجاواط للتبريد السائل المباشر إلى الشريحة في بيئات فائقة النطاق والاستضافة المشتركة.²⁰
تخطيط التركيب يتطلب الانتباه للقيود المادية. يجب ألا تتجاوز المسافة المثالية بين CDU والرفوف 20 متراً.²¹ يجب أن تصل سعة تحمل الأرضية إلى 800 كجم/م² حيث يمكن أن يصل وزن وحدات CDU المملوءة إلى 3 أطنان.²² تشمل متطلبات مساحة الصيانة 1.2 متر في الأمام والخلف بالإضافة إلى 0.6 متر في الأعلى لتوصيلات الأنابيب.²³
مبادلات الحرارة للباب الخلفي لترقيات المنشآت القائمة
تُركب مبادلات الحرارة للباب الخلفي (RDHx) على الجهة الخلفية لرفوف الخوادم، وتزيل الحرارة من الهواء العادم قبل دخوله بيئة مركز البيانات.²⁴ تتيح هذه التقنية فوائد التبريد السائل دون استبدال الخوادم المبردة بالهواء الموجودة.
كفاءة التبريد تتفوق بشكل كبير على الأساليب الهوائية فقط. يعمل التبريد الهوائي التقليدي بكفاءة أقل بنسبة 30-60% من تكوينات RDHx.²⁵ يتراكم التحسن في البيئات عالية الكثافة حيث يكافح التبريد الهوائي للحفاظ على درجات الحرارة.
تطور السعة يعالج كثافات الرفوف المتزايدة. يبرد ChilledDoor من Motivair ما يصل إلى 72 كيلوواط لكل رف.²⁶ أطلقت OptiCool Technologies أعلى سعة RDHx في الصناعة بقدرة 120 كيلوواط في سبتمبر 2025، مصممة خصيصاً لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء من الجيل التالي.²⁷
أساليب التبريد الخاصة تدفع حدود الأداء. يستخدم تصميم المبرد ثنائي الطور من OptiCool ديناميكا حرارية تغير الطور، حيث يزيل الحرارة من الرفوف ويعيد الهواء عند درجة حرارة محيطة محايدة للغرفة.²⁸ يحقق هذا النهج كفاءة نقل حراري أعلى من أنظمة السوائل أحادية الطور.
التصميمات النشطة مقابل السلبية تقدم مقايضات مختلفة. يعتمد RDHx السلبي فقط على تدفق هواء مروحة الخادم، مما يوفر كفاءة الطاقة والبساطة.²⁹ يتضمن RDHx النشط مراوح مدمجة للكثافات الحرارية الأعلى، مستهلكاً طاقة أكبر لكنه يوفر مرونة أكبر لبيئات الحوسبة عالية الأداء.³⁰
التوافق مع البنية التحتية القديمة يجعل RDHx جذاباً لعمليات نشر المنشآت القائمة. تكلفة تجهيز رفوف الخوادم المبردة بالهواء الموجودة أقل وتسبب اضطراباً أقل من الانتقال إلى خوادم مبردة بالسائل.³¹ تستفيد أحمال عمل استدلال الذكاء الاصطناعي التي تعمل على أجهزة مبردة بالهواء من RDHx دون إصلاح شامل للبنية التحتية على مستوى المنشأة.³²
توحيد المعايير الصناعية يتسارع من خلال مشروع Open Compute Project. يركز المشروع الفرعي لمبادل الحرارة للباب على تطوير RDHx ودمجه وتوحيده ضمن إطار عمل ORV3 (الرف المفتوح الإصدار 3).³³ استحوذت Schneider Electric على حصة مسيطرة في Motivair في فبراير 2025 لتعزيز موقعها في سوق التبريد السائل.³⁴
التبريد بالغمر للكثافة القصوى
يغمر التبريد بالغمر الخوادم في سائل عازل موصل حرارياً داخل خزانات محكمة الغلق.³⁵ يتيح هذا النهج عمليات النشر الأعلى كثافة مع تقليل استهلاك طاقة التبريد بشكل كبير.
الغمر أحادي الطور يحافظ على السائل في حالته السائلة طوال العملية. يزيل دوران سائل التبريد عبر المبادلات الحرارية الحرارة الممتصة.³⁶ يقلل هذا النهج الطلب على الكهرباء بما يقارب النصف مقارنة بالتبريد الهوائي التقليدي، ويخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون حتى 30%، ويدعم استهلاك مياه أقل بنسبة 99%.³⁷
الغمر ثنائي الطور يغلي السائل إلى بخار عند مصادر الحرارة. تعيد ملفات المكثف البخار إلى الحالة السائلة.³⁸ تحقق الأنظمة ثنائية الطور كفاءة أعلى في سحب كميات كبيرة من الحرارة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبنية التحتية للحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي.³⁹
تحسينات الكثافة تحول اقتصاديات مركز البيانات. يمكّن التبريد بالغمر المشغلين من تعبئة 10-15 ضعفاً من الحوسبة في نفس المساحة، مما يترجم مباشرة إلى وقت أسرع للإيرادات لخدمات الذكاء الاصطناعي.⁴⁰ يقلل التوحيد متطلبات العقارات مع زيادة السعة لكل قدم مربع.
كفاءة الطاقة تصل إلى مستويات كبيرة. وفقاً لـ Submer، يقلل التبريد بالغمر استهلاك طاقة نظام التبريد بنسبة تصل إلى 95%.⁴¹ تعوض الوفورات التكاليف الرأسمالية الأعلى على مدى عمر النشر.
التحقق الصناعي يبني الثقة. تحققت Intel وShell من صحة حل الغمر الكامل مع أجهزة من Supermicro وSubmer، مؤسسةً "Intel Data Center Certified for Immersion Cooling" كمعيار صناعي لكفاءة التبريد.⁴² قدمت Submer روبوتات مستقلة لصيانة خزانات الغمر، مما يبسط التعامل مع الخوادم.⁴³
اعتبارات التكلفة تتطلب تحليلاً دقيقاً. تتطلب عمليات نشر الغمر الشاملة خزانات متخصصة ودعامات تحمل الأحمال وأنظمة كشف التسرب ومعدات التعامل مع سائل التبريد مما يدفع تكاليف التركيب لكل رف إلى ما يزيد عن 50,000 دولار، أي ما يقارب ثلاثة أضعاف الأنظمة الهوائية المكافئة.⁴⁴ يضاعف تجهيز المواقع الحية من التعقيد حيث تتطلب غرف التمديدات الأرضية ومسارات الكابلات ومسارات الطاقة إعادة توجيه مع الحفاظ على وقت التشغيل.⁴⁵
نضج التقنية يستمر في التقدم. يظل الغمر غير ناضج نسبياً مع بيانات تاريخية محدودة عن الأداء والموثوقية على المدى الطويل.⁴⁶ ومع ذلك، فإن التبني المتسارع من قبل مشغلي البنية التحتية فائقة النطاق ومزودي بنية الذكاء الاصطناعي يبني الخبرة التشغيلية بسرعة.
مجموعة تقنيات التبريد السائل
تعالج تقنيات التبريد المختلفة سيناريوهات نشر مختلفة. يعتمد النهج الأمثل على كثافة الحرارة والبنية التحتية الموجودة والمتطلبات التشغيلية.
تبريد اللوح البارد (المباشر إلى الشريحة أو D2C) يمثل القطاع الأسرع نمواً.⁴⁷ تُثبت الألواح الباردة مباشرة على المكونات المنتجة للحرارة، مع تدوير السائل لإزالة الحمل الحراري. يتكامل هذا النهج مع البنية التحتية للرفوف الموجودة بسهولة أكبر من بدائل الغمر.
البنيات الهجينة تجمع بين أساليب متعددة. تخدم وحدات CDU أنظمة الألواح الباردة للمكونات ذات الحرارة الأعلى بينما يتعامل RDHx مع الحمل الحراري المتبقي من المكونات المبردة بالهواء. يزيد هذا المزيج كفاءة التبريد إلى أقصى حد دون الحاجة إلى استبدال كامل للبنية التحتية.
التوافق مع OCP يضمن قابلية التشغيل البيني. طورت Nidec نموذجاً أولياً لوحدة CDU متوافقاً مع مواصفات Project Deschutes من Google Open Compute Project، عُرض في SC25.⁴⁸ تمكّن الواجهات الموحدة قابلية التشغيل البيني للمكونات عبر البائعين.
تطور كثافة الرفوف يستمر في دفع المتطلبات. وفقاً لـ Omdia، شكلت الرفوف التي تقل عن 10 كيلوواط 47% من السعة المركبة في عام 2024، انخفاضاً إلى 38% بحلول عام 2025.⁴⁹ في الوقت نفسه، ارتفعت الرفوف 10-20 كيلوواط من 27% إلى 30%، وصعدت الرفوف 20-30 كيلوواط من 24% إلى 28%.⁵⁰ يسرّع تحول الكثافة من تبني التبريد السائل.
موردو CDU الرئيسيون والتطورات الأخيرة
يمتد المشهد التنافسي عبر شركات الإدارة الحرارية الراسخة والداخلين الجدد الذين يستهدفون بنية الذكاء الاصطناعي التحتية.
Vertiv توفر حلول CDU شاملة مع موارد تعليمية تشرح أساسيات التبريد السائل. تضع مبادرة AI Hub التابعة للشركة تقنية CDU في مركز البنية التحتية للجيل القادم.⁵¹
Schneider Electric عززت موقعها في التبريد السائل من خلال استحواذ فبراير 2025 على Motivair.⁵² تعالج المحفظة المدمجة حلول RDHx وCDU والتبريد السائل المتكامل.
Supermicro أصدرت حلول NVIDIA Blackwell على مستوى الرف مع وحدات CDU بقدرة 250 كيلوواط في يونيو 2025.⁵³ تُظهر الأنظمة تصميم الحوسبة والتبريد المتكامل لعمليات النشر ذات الكثافة القصوى.
Trane تقدم وحدات CDU على مستوى المؤسسات تصل إلى سعة 10 ميجاواط للبيئات فائقة النطاق.⁵⁴ تؤكد الشركة على كفاءة الطاقة والتكامل مع البنية التحتية الحرارية على مستوى المنشأة.
Motivair طورت RDHx ChilledDoor الذي يصل إلى 72 كيلوواط لكل رف إلى جانب منصات CDU التي تتوسع إلى 2.3 ميجاواط.⁵⁵ يضع استحواذ Schneider التقنية للنشر العالمي الموسع.
Submer تتخصص في التبريد بالغمر مع ابتكارات تشمل روبوتات الصيانة المستقلة.⁵⁶ شراكة Intel
