ابرکامپیوترهایی که با آب ۴۵ درجه خنک می‌شوند؛ انویدیا چگونه قواعد سرمایش دیتاسنترها را تغییر می‌دهد؟

تصور کنید مقابل یکی از قدرتمندترین ابرکامپیوترهای هوش مصنوعی دنیا ایستاده‌اید؛ مجموعه‌ای از ده‌ها پردازنده پیشرفته که در هر ثانیه حجم عظیمی از محاسبات را انجام می‌دهند و طبیعتاً گرمای قابل‌توجهی تولید می‌کنند.

احتمالاً انتظار دارید برای خنک نگه‌داشتن چنین سیستمی، به تجهیزات سرمایشی عظیم، چیلرهای قدرتمند و مقدار زیادی آب سرد نیاز باشد.

اما انویدیا تصمیم گرفته این معادله را تغییر دهد.

این شرکت اعلام کرده نسل جدید زیرساخت‌های هوش مصنوعی NVIDIA Vera Rubin می‌تواند با مایع خنک‌کننده‌ای با دمای ورودی تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد کار کند؛ دمایی که حتی از آب بسیاری از جکوزی‌ها گرم‌تر است!

ماجرا در نگاه اول عجیب به نظر می‌رسد: چطور می‌توان دستگاهی را که حرارت زیادی تولید می‌کند، با مایعی به این گرمی خنک کرد؟

پاسخ این پرسش، به یکی از تحولات مهم در طراحی مراکز داده و آینده مصرف انرژی هوش مصنوعی مربوط می‌شود.

وقتی آب گرم جای آب سرد را می‌گیرد!

در سیستم‌های خنک‌کننده متداول، هدف این است که گرمای تولیدشده توسط پردازنده‌ها از آن‌ها دور شود تا دمای قطعات از محدوده مجاز فراتر نرود.

در بسیاری از دیتاسنترهای قدیمی‌تر، هوای سرد از میان تجهیزات عبور می‌کند، گرمای قطعات را جذب می‌کند و سپس از طریق سامانه‌های تهویه و سرمایش دوباره خنک می‌شود.

اما پردازنده‌های مخصوص هوش مصنوعی به‌قدری قدرتمند و متراکم شده‌اند که مدیریت گرمای آن‌ها با روش‌های سنتی دشوارتر است.

اینجاست که خنک‌سازی مایع وارد میدان می‌شود.

در معماری جدید Vera Rubin، مایع خنک‌کننده از مسیرهایی عبور می‌کند که گرما را مستقیماً از قطعات اصلی دریافت می‌کنند. سپس این گرما به بیرون از تجهیزات منتقل می‌شود.

نکته مهم آن است که برای خنک‌کردن یک پردازنده، همیشه به آب بسیار سرد نیاز نداریم؛ مایع باید به‌اندازه کافی از قطعه داغ‌تر سردتر باشد تا بتواند گرمای آن را جذب کند.

با طراحی مناسب انتقال حرارت، می‌توان از مایعی با دمای بالاتر استفاده کرد و همچنان تجهیزات را در محدوده عملیاتی مجاز نگه داشت.

انویدیا این ویژگی را یکی از مزیت‌های اصلی نسل جدید زیرساخت خود معرفی کرده است.

ابرکامپیوتر Vera Rubin؛ بدون فن، اما نه بدون خنک‌کننده!

در معرفی فناوری جدید، عباراتی مانند «بدون فن» و «بدون چیلر» توجه زیادی جلب کرده‌اند. اما این دو مفهوم با «بدون نیاز به خنک‌سازی» تفاوت اساسی دارند.

انویدیا برای نسل Vera Rubin معماری‌ای با خنک‌سازی مایع طراحی کرده است. به گفته این شرکت، بخش‌های پردازشی و شبکه‌ای اصلی این سامانه به‌جای اتکا به جریان هوای داخل رک، از سامانه خنک‌سازی مایع استفاده می‌کنند.

برای شناخت زیرساخت ارتباطی این رک، گزارش سوئیچ NVLink انویدیا و پهنای باند نسل‌های Hopper، Blackwell و Vera Rubin را بخوانید.

مایع در یک مدار بسته گردش می‌کند، گرمای پردازنده‌ها را دریافت می‌کند و آن را برای دفع به تجهیزات بیرونی انتقال می‌دهد.

در نتیجه، حذف فن‌های داخلی از این بخش‌های معماری به معنای حذف نیاز به دفع گرما نیست.

تفاوت اصلی در این است که گرما به‌جای جابه‌جایی عمده با هوای داخل سرور، مستقیماً به مایع منتقل می‌شود.

این روش علاوه بر مدیریت بهتر گرمای قطعات متراکم، می‌تواند وابستگی دیتاسنتر به برخی تجهیزات سرمایشی سنتی را کاهش دهد.

معماری NVIDIA Vera Rubin NVL72 شامل ۷۲ پردازنده گرافیکی Rubin و ۳۶ پردازنده Vera است؛ مجموعه‌ای که برای اجرای پردازش‌های بسیار سنگین هوش مصنوعی طراحی شده است. مستندات سخت‌افزاری رک Vera Rubin ترکیب قطعات و مدار خنک‌سازی آن را نشان می‌دهد.

راز حذف چیلرها چیست؟

یکی از جالب‌ترین بخش‌های این فناوری، امکان استفاده از تجهیزاتی به نام Dry Cooler یا خنک‌کننده خشک است.

این دستگاه‌ها عملکردی شبیه رادیاتورهای بزرگ دارند. مایع گرم وارد مبدل حرارتی می‌شود و گرمای خود را به هوای محیط بیرون منتقل می‌کند.

در یک دیتاسنتر سنتی که برای دفع گرما به برج خنک‌کننده تبخیری متکی است، بخشی از آب تبخیر می‌شود و باید دائماً جایگزین شود.

اما در سامانه مبتنی بر خنک‌کننده خشک، برای دفع گرما نیازی به تبخیر مداوم آب وجود ندارد.

بنابراین اگر شرایط آب‌وهوایی مناسب باشد، گرمای تولیدشده توسط سرورها می‌تواند بدون روشن‌کردن چیلرهای مکانیکی، از طریق هوای بیرون دفع شود.

این روش که با عنوان Free Cooling شناخته می‌شود، به معنای سرمایش کاملاً رایگان یا بدون برق نیست. پمپ‌ها، تجهیزات کنترلی و فن‌های خنک‌کننده خشک همچنان انرژی مصرف می‌کنند.

اما در شرایط مناسب، مصرف انرژی مربوط به سرمایش مکانیکی می‌تواند به‌طور محسوسی کاهش یابد.

البته در روزهای بسیار گرم، برخی مراکز داده همچنان ممکن است به سرمایش مکانیکی کمکی نیاز داشته باشند. بنابراین حذف چیلر برای همه اقلیم‌ها و تمام ساعات سال تضمین‌شده نیست.

چرا دمای ۴۵ درجه اهمیت دارد؟

راز ماجرا همین عدد است.

اگر یک سیستم پردازشی برای کارکرد ایمن به مایع بسیار سرد نیاز داشته باشد، دیتاسنتر باید انرژی بیشتری صرف پایین‌آوردن دمای آن کند.

اما هرچه دمای مجاز ورودی مایع بالاتر باشد، فرصت بیشتری برای دفع مستقیم گرما به هوای محیط فراهم می‌شود.

برای مثال، در هوای خنک بسیاری از مناطق، انتقال گرما از یک مدار گرم به محیط بیرون می‌تواند بدون نیاز به چرخه تبرید مکانیکی انجام شود.

انویدیا با طراحی Vera Rubin برای دمای ورودی تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد، تلاش کرده استفاده از چنین روش‌هایی را در طیف گسترده‌تری از شرایط اقلیمی امکان‌پذیر کند؛ توضیحات رسمی انویدیا درباره خنک‌سازی با مایع ۴۵ درجه جزئیات این طراحی را شرح می‌دهد.

در مدار توصیف‌شده توسط انویدیا، مایع می‌تواند با دمای حدود ۴۵ درجه وارد مجموعه پردازشی شود و پس از جذب گرما، با دمایی در حدود ۵۵ درجه از آن خارج شود.

این تصمیم فقط مربوط به طراحی سیستم خنک‌کننده نیست؛ بلکه طراحی پردازنده‌ها، نحوه اتصال قطعات، مدیریت توان و معماری کل رک نیز باید با آن هماهنگ باشند.

در واقع، آنچه در ظاهر یک تغییر ساده در دمای مایع به نظر می‌رسد، حاصل طراحی هماهنگ چندین بخش سخت‌افزاری و زیرساختی است.

انویدیا از صرفه‌جویی میلیون‌ها لیتر آب خبر می‌دهد

در ۲۱ اکتبر ۲۰۲۶، هم‌زمان با رویداد GTC برلین، انویدیا جزئیات تازه‌ای از پلتفرم NVIDIA DSX منتشر کرد؛ معماری مرجعی که برای طراحی و مدیریت زیرساخت‌های بزرگ هوش مصنوعی توسعه یافته است.

به گفته این شرکت، ترکیب خنک‌سازی مایع در مدار بسته با خنک‌کننده‌های خشک می‌تواند مصرف آب تأسیسات سرمایشی را در شرایط مناسب به نزدیک صفر برساند.

انویدیا در اطلاعیه رسمی خود درباره کاهش مصرف آب دیتاسنترها محاسبه کرده است که در مقیاس یک مجموعه ۲ گیگاواتی، چنین معماری‌ای می‌تواند در مقایسه با سیستم‌های متداول مبتنی بر برج خنک‌کننده، روزانه تا ۵۴ میلیون لیتر آب صرفه‌جویی کند.

این مقدار طبق برآورد انویدیا معادل مصرف روزانه حدود ۱۸۰ هزار خانوار است.

البته باید توجه داشت که این عدد، برآوردی برای یک سناریوی بزرگ و مشخص است؛ نه صرفه‌جویی اندازه‌گیری‌شده در تمام دیتاسنترهای مجهز به محصولات انویدیا.

همچنین کاهش مصرف آب برای سرمایش در محل، به معنی صفرشدن تمام ردپای آبی هوش مصنوعی نیست. تولید برق، ساخت تجهیزات و دیگر بخش‌های زنجیره تأمین نیز ممکن است مصرف آب داشته باشند.

مصرف برق کمتر؛ هدف بعدی انویدیا

آب تنها مسئله دیتاسنترهای هوش مصنوعی نیست. تأمین انرژی الکتریکی موردنیاز این مراکز نیز به یکی از چالش‌های جدی صنعت تبدیل شده است.

انویدیا در کنار طراحی سامانه‌های جدید سرمایشی، فناوری دیگری با نام DSX MaxLPS معرفی کرده که برای مدیریت پویای مصرف برق در مراکز پردازشی طراحی شده است.

بر اساس اعلام شرکت، این نرم‌افزار می‌تواند در شرایط مشخص، با مدیریت بهتر توان مصرفی تجهیزات، همان میزان خروجی هوش مصنوعی را با حداکثر ۳۰ درصد انرژی کمتر ارائه دهد.

نکته مهم این است که این ادعا درباره بهینه‌سازی توان و خروجی پردازشی است؛ نه اینکه خود خنک‌سازی با مایع ۴۵ درجه به‌تنهایی مصرف برق کل دیتاسنتر را ۳۰ درصد کاهش می‌دهد.

در چنین مقیاسی، حتی بهبودهای محدود در بهره‌وری انرژی می‌توانند بر هزینه عملیاتی مراکز داده تأثیر قابل‌توجهی بگذارند.

آیا این فناوری آینده دیتاسنترها را تغییر می‌دهد؟

اهمیت این تحول فقط در حذف احتمالی چند دستگاه چیلر نیست.

با افزایش تقاضا برای هوش مصنوعی، شرکت‌ها به زیرساخت‌هایی نیاز دارند که بتوانند توان پردازشی بالاتر را در فضای محدودتر و با مصرف منابع کنترل‌شده‌تر فراهم کنند.

اگر طراحی‌های جدید بتوانند وابستگی به سرمایش مکانیکی را کاهش دهند، مدیران دیتاسنترها در انتخاب محل احداث، طراحی تأسیسات و مدیریت هزینه‌های عملیاتی گزینه‌های تازه‌ای خواهند داشت.

بااین‌حال، موفقیت تجاری چنین سامانه‌هایی همچنان به عواملی مانند شرایط اقلیمی، قیمت انرژی، هزینه تجهیزات، قابلیت اطمینان و عملکرد واقعی در طول زمان وابسته است.

همچنین افزایش بهره‌وری به‌تنهایی تضمین نمی‌کند که مصرف کل انرژی صنعت هوش مصنوعی کاهش یابد؛ زیرا رشد سریع ظرفیت پردازشی می‌تواند بخشی از صرفه‌جویی‌ها را خنثی کند.

وقتی آب گرم، نشانه یک فناوری پیشرفته می‌شود!

برای سال‌ها تصور رایج این بود که هرچه کامپیوتر قدرتمندتر باشد، باید آن را با تجهیزات سرمایشی قوی‌تر و آب سردتر خنک کرد.

اما نسل جدید ابرکامپیوترهای انویدیا نشان می‌دهد گاهی راه‌حل بهتر، سردترکردن مایع نیست؛ بلکه طراحی هوشمندانه‌تر مسیر انتقال گرماست.

Vera Rubin قرار نیست قوانین فیزیک را تغییر دهد. گرمای تولیدشده همچنان باید از دستگاه خارج شود و برای این کار به تجهیزات مناسب نیاز است.

اما اگر بتوان این گرما را با مایعی گرم‌تر و بدون وابستگی دائمی به چیلرهای مکانیکی دفع کرد، بخشی از هزینه و پیچیدگی زیرساخت‌های هوش مصنوعی کاهش پیدا می‌کند.

شاید عجیب‌ترین بخش داستان همین باشد: در یکی از پیشرفته‌ترین ابرکامپیوترهای جهان، مایع ۴۵ درجه نه نشانه خرابی سیستم سرمایش، بلکه بخشی از طراحی آن برای بهره‌وری بیشتر است.

و این بار، برخلاف آنچه انتظار داریم، گرم‌ترشدن مایع می‌تواند خبر خوبی برای آینده خنک‌سازی کامپیوترها باشد.