البنية التحتية المادية لوحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط: متطلبات الطاقة والتبريد وتصميم الرفوف
آخر تحديث: 8 ديسمبر 2025
القفزة من 700 واط إلى 1200 واط في استهلاك طاقة وحدات معالجة الرسومات تمثل زيادة تفوق 70%—وهي تحطم بشكل جوهري كل الافتراضات التي وجهت تصميم مراكز البيانات خلال العقد الماضي، مما يتطلب بنية تحتية تشبه منشآت التصنيع الصناعي أكثر من بيئات تكنولوجيا المعلومات التقليدية.¹ تطلب الآن B200 و GB300 Blackwell Ultra من NVIDIA ما بين 1200-1400 واط لكل شريحة، بينما ستدفع منصة Vera Rubin القادمة المتطلبات إلى مستويات أعلى.² يجب على المؤسسات التي تبني البنية التحتية اليوم أن تستعد لوحدات معالجة رسومات تولد حرارة تعادل مدفأة منزلية، وتزن 30 كيلوغراماً مع جهاز التبريد، وتتطلب أنظمة توصيل طاقة مستعارة من محطات شحن السيارات الكهربائية.
تحديث ديسمبر 2025: لقد وصل عصر وحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط. شُحنت أنظمة GB200 (1200 واط لكل Superchip) طوال عام 2025، بينما GB300 Blackwell Ultra (1400 واط) الآن في مرحلة الإنتاج. منصة Vera Rubin من NVIDIA، مع عينات الاختبار التي تُشحن منذ سبتمبر 2025، ستتطلب ما يصل إلى 600 كيلوواط لكل رف لتكوينات NVL144—زيادة 5 أضعاف مقارنة بأنظمة GB200 NVL72 الحالية. المؤسسات التي جهزت بنيتها التحتية لـ 1200 واط في 2024 تواجه الآن حقيقة أن شرائح 2000+ واط في أفق 2027. تبقى قرارات البنية التحتية الموثقة هنا أساسية، لكن عمليات النشر المستقبلية يجب أن تخطط لكثافات طاقة أعلى بشكل ملحوظ.
يتضاعف تحدي البنية التحتية عند الضرب بالحجم. رف واحد يحتوي ثماني وحدات معالجة رسومات بقدرة 1200 واط يسحب 10 كيلوواط للحوسبة فقط، لكن المعدات الداعمة تدفع الاستهلاك الإجمالي إلى 15-18 كيلوواط لكل رف.³ تصاميم مراكز البيانات الأحدث من Microsoft تستوعب بالفعل شرائح 1200 واط، مع منشآت تشبه مصاهر الألمنيوم أكثر من غرف الخوادم.⁴ يتطلب التحضير فترات انتظار من 18-24 شهراً لترقيات الكهرباء وتركيبات أنظمة التبريد والتعزيزات الهيكلية التي تكلف 5-8 مليون دولار لكل ميغاواط قبل شراء وحدة معالجة رسومات واحدة.
يواجه المتبنون الأوائل دروساً مؤلمة حول التقليل من تقدير متطلبات البنية التحتية. نشرت Cerebras محركاتها على مستوى الرقاقة بقدرة 23 كيلوواط معتقدة أن الطاقة هي التحدي الأساسي، لتكتشف فقط أن الاهتزاز من مضخات التبريد سبب أعطال في الشرائح.⁵ تطلب حاسوب Dojo الفائق من Tesla إعادة تصميم كاملة للمنشأة عندما ارتفعت حرارة شرائح 1000+ واط رغم سعة التبريد التي بدت كافية.⁶ كل مؤسسة تنشر وحدات معالجة رسومات من الجيل التالي تكتشف أوضاع فشل جديدة تتطلب تعديلات باهظة الثمن، مما يجعل التحضير السليم حاسماً لتجنب أخطاء بملايين الدولارات.
بنية توصيل الطاقة تدخل منطقة جديدة
يصبح توزيع الطاقة التقليدي بجهد 208 فولت مستحيلاً فيزيائياً عند أحمال 1200 واط. توصيل 1200 واط عند 208 فولت يتطلب 5.8 أمبير لكل طور على الطاقة ثلاثية الأطوار، لكن مع احتساب تخفيض 80% وفقاً للكود الكهربائي يعني دوائر 7.2 أمبير.⁷ سيتطلب التيار كابلات بسماكة 6 AWG بسمك الإبهام لكل وحدة معالجة رسومات، مما يخلق حزم كابلات لا يمكن أن تتسع فيزيائياً في الرفوف القياسية. النحاس وحده سيكلف 500 دولار لكل وحدة معالجة رسومات كمواد خام قبل تكلفة عمالة التركيب.
يظهر توزيع الطاقة بجهد 480 فولت كالحل الوحيد القابل للتطبيق لشرائح 1200 واط. عند 480 فولت ثلاثي الأطوار، يتطلب 1200 واط فقط 1.5 أمبير لكل طور، قابل للإدارة بأسلاك 12 AWG.⁸ تكتسب مراكز البيانات الأوروبية ميزة من خلال التوزيع القياسي بجهد 400 فولت، مما يفسر لماذا يعطي العديد من مشغلي الحوسبة الفائقة الأولوية لعمليات النشر في بلدان الشمال الأوروبي للبنية التحتية من الجيل التالي. تتطلب المنشآت في أمريكا الشمالية ترقيات المحولات من توزيع 208 فولت إلى 480 فولت، مما يضيف 500,000 دولار لكل ميغاواط في معدات التحويل.⁹
يزيل توزيع التيار المستمر أوجه القصور المتعددة في التحويل التي تصيب أنظمة التيار المتردد. يهدر التحويل التقليدي من التيار المتردد إلى التيار المستمر 8-10% من الطاقة من خلال خسائر المحول والمقوم.¹⁰ تُظهر مراكز بيانات Google أن توزيع التيار المستمر بجهد 380 فولت يحقق كفاءة 99% من المرفق إلى الشريحة.¹¹ بالنسبة لوحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط، يوفر توزيع التيار المستمر 120 واط لكل شريحة في خسائر التحويل وحدها. الطاقة الموفرة تعادل متطلبات التبريد لحرارة التحويل، مما يضاعف فوائد الكفاءة.
تتطور تصاميم مزودات الطاقة إلى أنظمة إدارة طاقة متطورة. تصل مزودات الطاقة التقليدية إلى حد أقصى 2000 واط مع كفاءة 80 Plus Titanium بنسبة 94%.¹² يتطلب دعم ثماني وحدات معالجة رسومات بقدرة 1200 واط مزودات طاقة متعددة بقدرة 3000+ واط مع تكرار N+1. طورت Delta Electronics رفوف طاقة بقدرة 4000 واط خصيصاً لعمليات نشر وحدات معالجة الرسومات عالية الكثافة، باستخدام ترانزستورات GaN لتحقيق كفاءة 97%.¹³ يكلف كل رف طاقة 15,000 دولار لكنه يوفر 50,000 دولار سنوياً في الكهرباء للتشغيل المستمر.
تصبح إدارة الطاقة العابرة حرجة حيث تنتقل وحدات معالجة الرسومات من الخمول إلى الحمل الكامل في ميكروثانية. وحدة معالجة رسومات بقدرة 1200 واط تنتقل من 200 واط خمول إلى الطاقة الكاملة تخلق أحمالاً متدرجة بقدرة 1000 واط تزعزع استقرار شبكات الطاقة.¹⁴ تعمل بنوك المكثفات على تسوية هذه التحولات لكنها تتطلب تحديد حجم دقيق: صغيرة جداً وتتسبب في انهيار الجهد وتعطل الأنظمة، كبيرة جداً وتتصاعد التكاليف دون داعٍ. يتضمن توصيل الطاقة الحديث لوحدات معالجة الرسومات مصفوفات مكثفات بسعة 50,000 ميكروفاراد تكلف 5,000 دولار لكل رف لكنها تمنع الأعطال الناجمة عن الطاقة.
تبريد 1200 واط يتطلب السائل، نقطة
يصبح التبريد بالهواء مستحيلاً ديناميكياً حرارياً لوحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط بغض النظر عن الإبداع الهندسي. إزالة 1200 واط من الحرارة بالهواء يتطلب 400 CFM مع ارتفاع درجة حرارة 30 درجة فهرنهايت.¹⁵ ثماني وحدات معالجة رسومات تحتاج 3,200 CFM، مما يخلق رياحاً بسرعة 100+ ميل في الساعة في رفوف الخوادم. طاقة المروحة وحدها ستستهلك 500 واط، مضيفة المزيد من الحرارة لإزالتها. حتى لو كان تدفق الهواء قابلاً للتحقيق، ستتجاوز مستويات الصوت 110 ديسيبل، مما يسبب ضرراً دائماً للسمع في دقائق.¹⁶
يصبح التبريد السائل المباشر إلى الألواح الباردة الحد الأدنى من الحل القابل للتطبيق. يتعامل نظام Direct Liquid Cooling من CoolIT Systems مع 1500 واط لكل وحدة معالجة رسومات باستخدام ألواح باردة متخصصة مع قنوات دقيقة أصغر من شعر الإنسان.¹⁷ يحافظ النظام على درجات حرارة الشريحة أقل من 80 درجة مئوية باستخدام ماء دخول بدرجة 30 درجة مئوية بمعدل تدفق 2 لتر في الدقيقة. الهندسة تشبه سباقات الفورمولا 1 أكثر من تكنولوجيا المعلومات التقليدية، مع تفاوتات تُقاس بالميكرومتر ومقاومة حرارية بكسور من درجات مئوية لكل واط.
يوفر التبريد بالغمر إزالة حرارة فائقة لعمليات النشر عالية الكثافة. يتعامل SmartPodX من Submer مع 100 كيلوواط في 60 قدماً مربعاً باستخدام الغمر في سائل عازل كهربائياً.¹⁸ يزيل غياب الهواء النقاط الساخنة والتدرجات الحرارية التي تصيب التبريد بالهواء والألواح الباردة. تفيد GRC أن وحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط تعمل بدرجة أبرد 15 درجة مئوية في الغمر مقارنة بالتبريد السائل المباشر.¹⁹ تتطلب التقنية إعادة تصميم كاملة للبنية التحتية لكنها تمكن من كثافات مستحيلة مع الأساليب الأخرى.
يستغل التبريد ثنائي الطور فيزياء تغيير الطور لأقصى إزالة للحرارة. تغلي سوائل Novec من 3M عند 50 درجة مئوية، مع امتصاص التبخر 10 أضعاف الحرارة مقارنة بالسائل أحادي الطور.²⁰ أظهرت Intel تبريداً ثنائي الطور يزيل 2000 واط من شرائح تجريبية مع الحفاظ على درجة حرارة تقاطع 60 درجة مئوية.²¹ تبقى التقنية تجريبية لوحدات معالجة الرسومات لكنها تمثل التطور المحتمل لشرائح 1500+ واط المستقبلية. يجب على المتبنين الأوائل تصميم منشآت مع مسارات ترقية ثنائية الطور.
تتناسب البنية التحتية لرفض الحرارة بشكل متناسب مع طاقة وحدة معالجة الرسومات. منشأة بقدرة 10 ميغاواط مع وحدات معالجة رسومات بقدرة 1200 واط تولد حرارة تعادل 2,500 منزل في الشتاء.²² يجب أن تتعامل أبراج التبريد مع 35,000 جالون في الدقيقة من تدفق مياه المكثف. تتطلب المبردات الجافة للمناطق الشحيحة بالمياه سعة أكبر بنسبة 50% وتستهلك طاقة أكثر بنسبة 20%. تمتد البنية التحتية بعيداً عن غرف الخوادم إلى أنظمة ميكانيكية بمقياس صناعي تكلف 2-3 مليون دولار لكل ميغاواط.
الهندسة الإنشائية تواجه أحمالاً ضخمة
يزداد وزن وحدة معالجة الرسومات بشكل كبير مع أنظمة التبريد المدمجة. تزن وحدة معالجة رسومات عارية بقدرة 1200 واط 5 كيلوغرامات، لكن إضافة الألواح الباردة والمجمعات وسائل التبريد تجلب الوزن الإجمالي إلى 15 كيلوغراماً لكل وحدة.²³ تقترب خوادم ثماني وحدات معالجة رسومات من 200 كيلوغرام محملة بالكامل، متجاوزة معظم تصنيفات الأرضية المرتفعة البالغة 150 كيلوغراماً للمتر المربع. يخلق تركيز الوزن أحمالاً نقطية تكسر الخرسانة وتثني الدعامات الفولاذية بمرور الوقت.
يخلق الاهتزاز من أنظمة التبريد تحديات هيكلية غير متوقعة. تولد مضخات التدفق العالي للتبريد السائل اهتزازات بترددات 50-120 هرتز تتردد مع هياكل المبنى.²⁴ اكتشفت Cerebras أن اهتزازات المضخات سببت أخطاء في ذاكرة وحدة معالجة الرسومات من خلال الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام.²⁵ يصبح التركيب المعزول إلزامياً، باستخدام أنظمة نابض-ممتص تضيف 10,000 دولار لكل رف لكنها تمنع الأعطال الناجمة عن الاهتزاز.
تتضاعف الاعتبارات الزلزالية للبنية التحتية الثقيلة لوحدات معالجة الرسومات. تتطلب قوانين البناء في كاليفورنيا تثبيت المعدات التي تتجاوز 400 رطل، لكن رفوف وحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط تقترب من 2,000 رطل محملة بالكامل.²⁶ يجب أن يتحمل التثبيت الزلزالي تسارعاً أفقياً بمقدار 1.5g دون انقلاب. تكلف أنظمة التثبيت 5,000 دولار لكل رف وتتطلب تحليلاً هيكلياً للتأكد من أن ألواح الأرضية يمكنها تحمل الأحمال. تستخدم مراكز البيانات في اليابان أنظمة عزل قاعدية تسمح بحركة أفقية 30 سنتيمتراً أثناء الزلازل.
يضيف توزيع السوائل أحمالاً هيدروستاتيكية نادراً ما تُؤخذ بعين الاعتبار في تصميم مركز البيانات. تحتوي حلقات التبريد لوحدات معالجة الرسومات بقدرة 1200 واط على 500+ لتر من سائل التبريد لكل رف، بوزن 500 كيلوغرام بالإضافة إلى وزن المعدات.²⁷ يجب أن تدعم مسارات الأنابيب هذا الوزن بالإضافة إلى القوى الديناميكية من معدلات تدفق 20+ لتر في الدقيقة. يطلق التسرب الكارثي سائلاً كافياً لإغراق طوابق مركز البيانات بأكملها. تصبح أنظمة الاحتواء الثانوي إلزامية، مضيفة 20% إلى تكاليف البناء لكنها تمنع الكوارث البيئية.
تتطلب الأرضيات المرتفعة إعادة هندسة كاملة للبنية التحتية بقدرة 1200 واط. لا يمكن للأرضيات المرتفعة التقليدية بارتفاع 2 قدم دعم وزن المعدات أو استيعاب الكابلات والأنابيب المطلوبة. تستخدم عمليات نشر 1200 واط الحديثة أرضيات مرتفعة بارتفاع 4 أقدام مع شبكات فولاذية بدلاً من البلاط.²⁸ يستوعب الحيز الأعمق أنابيب تبريد بقطر 12 بوصة وحزم كابلات ضخمة. تزداد تكاليف البناء بنسبة 40% لكنها توفر المساحة التحتية اللازمة وقدرة تحمل الأحمال.
البنية التحتية للشبكة والكابلات تتوسع وفقاً لذلك
تتطلب كل وحدة معالجة رسومات بقدرة 1200 واط اتصالات شبكة عالية السرعة متعددة لمنع أن تصبح جزراً حاسوبية. يدعم B200 من NVIDIA ثمانية منافذ 400GbE لكل وحدة معالجة رسومات لعرض نطاق إجمالي 3.2Tb/s.²⁹ تحتاج ثماني وحدات معالجة رسومات 64 كابل شبكة بالإضافة إلى التكرار، مما يخلق حزم كابلات بقطر 8 بوصات. تزن الكابلات وحدها 200 كيلوغرام لكل رف وتكلف 50,000 دولار في كابلات DAC عالية السرعة أو 100,000 دولار للكابلات البصرية النشطة.
تصبح كابلات الطاقة تحدياً كبيراً للبنية التحتية. تتطلب كل وحدة معالجة رسومات بقدرة 1200 واط تغذية طاقة مخصصة لمنع الأعطال المتتالية. يقلل استخدام 480 فولت من سماكة الكابل، لكن متطلبات السلامة تفرض حماية دائرة فردية. يحتاج رف بثماني وحدات معالجة رسومات 24 كابل طاقة (ثلاثي الأطوار لكل وحدة) بالإضافة إلى التأريض والمحايدات. يجب أن تدعم أنظمة حاملات الكابلات 100 كيلوغرام لكل متر من وزن الكابل مع الحفاظ على الفصل المناسب بين كابلات الطاقة والبيانات.
تصبح البنية التحتية البصرية إلزامية لمتطلبات عرض النطاق. لا يمكن للكابلات النحاسية دعم 400GbE أبعد من 3 أمتار، مما يفرض الاتصالات البصرية لأي طوبولوجيا ذات معنى.³⁰ يستهلك كل مرسل مستقبل بصري 15 واط ويكلف 3,000 دولار، مضيفاً 1 كيلوواط من الطاقة و200,000 دولار في المرسلات المستقبلة لنظام ثماني وحدات معالجة رسومات متصل بالكامل. تتطلب البنية التحتية البصرية أدوات تنظيف متخصصة ومعدات اختبار وخبرة تفتقر إليها العديد من المؤسسات.
تؤثر إدارة الكابلات على كفاءة التبريد أكثر مما يدرك معظمهم. يقيد توجيه الكابلات السيء تدفق الهواء في الأنظمة الهجينة هواء/سائل، مما يخلق نقاطاً ساخنة تؤدي إلى خنق حراري. تحافظ إدارة الكابلات المناسبة على 40% من المساحة المفتوحة لتدفق الهواء مع تنظيم الكابلات للوصول للصيانة.³¹ تستخدم أنظمة الكابلات المنظمة أطوالاً محددة مسبقاً ومسارات توجيه محددة لكنها تتطلب 2-3 أضعاف وقت التركيب. يؤتي الاستثمار ثماره من خلال تقليل وقت الصيانة وتحسين كفاءة التبريد.
تتطلب شبكات الإدارة الفصل عن مسارات البيانات لمنع تجويع مستوى التحكم. تحتاج كل وحدة معالجة رسومات بقدرة 1200 واط اتصال IPMI/Redfish للإدارة خارج النطاق، مما يتطلب محولات شبكة وكابلات إضافية.³² تضيف المراقبة البيئية مئات المستشعرات لكل رف لدرجة الحرارة والرطوبة والضغط وكشف التسرب. تولد البنية التحتية للإدارة جيجابتات من القياسات التي
[تم اقتطاع المحتوى للترجمة]
