دليل كثافة الطاقة لمراكز البيانات المُجمَّعة

كثافة الطاقة في مراكز بيانات الحاويات: ابدأ بقائمة الرفوف

إجابة سريعة

• ٥–٨ كيلوواط/رف  — للتطبيقات الحوافية، والتخزين، والحوسبة العامة لمجال تكنولوجيا المعلومات.
• ١٥–٣٠ كيلوواط/رف  — لاستنتاج النماذج الذكية المُسرَّعة ومزيج الحوسبة المُسرَّعة.
• ١٠٠ كيلوواط/رف أو أكثر  — لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي باستخدام تبريد سائل على مستوى الشرائح.

ملاحظة من مكتب التقييم الحجمي

تبدأ الاستفسارات النموذجية عادةً بهذه الصيغة:

لا يزال لا يوجد جوابٌ مفيدٌ بعدُ. فاثنان ميغاواط من الخوادم التقليدية لا يستخدمان نفس تخطيط الغرفة مثل اثنين ميغاواط من أرفف وحدات معالجة الرسومات عالية الكثافة (GPU). كما تختلف مسارات الكابلات، وكذلك محطة التبريد وأنابيب التبريد ووزن الخزائن وترتيب البطاريات.

والوثيقة الأولى التي يحتاجها مهندسو ZT ليست عدد الحاويات، بل قائمة الأرفف التي توضح، على الأقل:

• المعدات المركَّبة في كل رفٍّ؛
• القدرة المتوقعة والقصوى بالكيلوواط لكل رفٍّ؛
• الجهد وترتيب التغذية الكهربائية؛
• الاحتياطي المطلوب لنظام الطاقة غير المنقطعة (UPS)؛
• مدة تشغيل البطاريات دون طاقة خارجية؛
• الأحمال المبرَّدة بالهواء والمبرَّدة بالسوائل؛
• درجة حرارة التصميم للموقع.

الحاوية لها جدران ثابتة. فإذا تسبَّبت خزانتا وحدات معالجة الرسومات (GPU) في تركيز محلي للحرارة، فلن يكون هناك ممرٌّ احتياطي يمكن الاستفادة منه لاحقًا. ويجب معالجة هذه المشكلة عند رسم التصميم، قبل التجميع بالمصنع.

احسب الأرقام بدقة قبل اختيار نظام التبريد

إليك الفحص الأساسي لتخطيط الكثافة المنخفضة القياسي:

الحساب لا يُعَدّ سوى نقطة انطلاق. وقد يُخفي المتوسط جدول توزيع غير منتظم للرفوف. على سبيل المثال:

يبقى هذا الترتيب متوسطه ٥ كيلوواط/رف، لكن الرفين الأخيرين يحدّدان متطلبات تدفق الهواء المحلية. فالمتوسط المحسوب لصفٍّ ما لا يكفي لتبريد رفٍّ ساخن.

لذلك تقوم شركة زِد تي بمراجعة أداء الرفوف على مستوى كل رفٍّ على حدة، بدل الاعتماد على رقم واحد فقط يعبّر عن الحاوية بأكملها.

ثلاثة نماذج تصميمية

النموذج أ — من ٥ إلى ٨ كيلوواط لكل رف

هذه المجموعة مألوفة في أنظمة الحافة والتخزين والاتصالات السلكية واللاسلكية والحوسبة التجارية العامة. وعادةً ما تكون أنظمة تكييف الهواء داخل الصف بنظام N+1 مناسبة لهذا الغرض.

توفر تركيبة في كازاخستان مرجعاً مفيداً. وقد زودت شركة ZT ثلاثة حاويات بطول ٤٠ قدمًا تحتوي على حمل إجمالي لتقنية المعلومات يبلغ ١٦٨ كيلوواط ، موزَّع على ٢٤ رفًّا . والنتيجة النهائية كانت ٧ كيلوواط/رف . والحلّ المُستخدَم كان:

• uninterruptible power supply ثنائي (2N)؛
• مدة احتياطية لبطارية فرلَا (VRLA) تبلغ ٢٠ دقيقة؛
• تكييف هواء صفّي من نوع N+1؛
• نظام إخماد حرائق من نوع إف إم٢٠٠ (FM200)؛
• غلاف خارجي بدرجة حماية آي بي٥٥ (IP55).

الحسابات الرياضية مهمة:

بالنسبة لحاوية قياسية واحدة، فإن النطاقات المنشورة هي:

لا تنسخ عمود الحمل الكلي إلى حقل «كيلوواط/رف». فهذا العمود يصف شيئًا مختلفًا.

الحالة باء — ١٥–٣٠ كيلوواط لكل رف

يشمل هذا النطاق استنتاج الذكاء الاصطناعي، وضبطه الدقيق، والعمل المختلط بين وحدات المعالجة المركزية/وحدات معالجة الرسوميات. وقد تظل التبريد بالهواء عمليًّا، لكن ذلك ممكن فقط مع التحكم المتعمَّد في الممرات وخريطة حرارية تفصيلية لكل رف على حدة.

تشمل معدات زِد تي المُركَّبة داخل الصف:

• ١٥–٦٢,٦ كيلوواط للوحدات ذات التمدد المباشر؛
• ٣٢,٩–٦١,٤ كيلوواط للوحدات التي تستخدم الماء المبرد؛
• نسبة الحرارة الحسية أعلى من 95%.

تصنيف وحدة التبريد لا يساوي تصنيف الرف. فقد تخدم وحدة واحدة داخل الصف عدة خزائن، وذلك حسب نقطة الأداء والمرونة وترتيب تدفق الهواء.

وهذا النطاق أيضًا هو الذي تصبح فيه المتوسطات أقل فائدة. فعلى سبيل المثال، تخيل أن صفًّا مكوَّنًا من ستة أرفف مُجدوَل على النحو التالي:

متوسط الصف يبلغ نحو ١٨,٧ كيلوواط لكل رف. ومع ذلك، فإن الرفين الأخيرين هما اللذان يتحكَّمان في المخاطر الحرارية. وقد يحتاجان إلى ترتيب مختلف عن الأربعة الأولى.

AT٣٠–٥٠ كيلوواط لكل رف عادةً ما تُقيِّم شركة ZT مبادلات الحرارة الخاصة بالأبواب الخلفية أو التصميم الهجين الذي يجمع بين الهواء والسائل. ويتحدد الخيار الفعلي وفقًا لمعدات الخادم ودرجات حرارة الماء وظروف الموقع.

الحالة جيم — ١٠٠ كيلوواط لكل رف وأكثر

عند هذه النقطة، لم يعد التصميم نسخة موسَّعة من الحالة ألف. أكثر من ٥٠ كيلوواط/رف وتستخدم شركة ZT التبريد السائل على مستوى الشريحة كوسيلة عملية لإزالة الحرارة.

ويشمل معدات التبريد السائل ما يلي:

• دعم الرف من ٣٠ كيلوواط إلى أكثر من ١٠٠ كيلوواط ;
• مواسير توزيع مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣٠٤؛
• أنابيب مطاطية من مادة EPDM؛
• موصلات سريعة من نوع الدراي-بريك؛
• وحدات توزيع الطاقة (CDUs) من ٢٠٠ إلى ١٤٠٠ كيلوواط ;
• التحكم في درجة حرارة الجانب الثانوي ضمن ±1°C ;
• ترتيب متاح من النوع ١+١ للمضخات والأجهزة والطاقة ووسائل الاتصال.

استُخدم في مشروع سحابي أمريكي خمسة حاويات قياسية بطول ٤٠ قدمًا في ١٠٠ كيلوواط لكل رف ، وبسعة إجمالية للمشروع بلغت 5 مللي واط . وتضمّنت الحزمة أنظمة طاقة غير منقطعة من النوع ٢N، ونظام احتياطي ببطاريات ليثيوم لمدة ١٠ دقائق، وتبريد هجين هوائي/سائل، ومبرِّدات تبريد حرّ مجاني تعتمد على التعليق المغناطيسي، وغاز نوفيك ١٢٣٠، وأنظمة كشف دخان مبكر جدًّا (VESDA)، ونظام متكامل لإدارة مراكز البيانات (DCIM).

بلغت مدة التسليم المسجَّلة ستة أشهر. أما المقارنة مع الطرق التقليدية للبناء فكانت تتراوح بين ١٨ و٢٤ شهرًا وفق سجل المشروع. وقد صُمِّمت البنية التحتية لتتوسّع تدريجيًّا من ٥ ميغاواط إلى ٥٠ ميغاواط.

هذه السجلات خاصة بالمشاريع ولا تمثّل وعودًا عامة. فما زالت أعمال الموقع والموافقات الرسمية وجاهزية المرافق العامة تؤثّر في الجدول الزمني للمشروع.

أي مسار تبريد يناسب جدول الرف؟

اعتبر الجدول أداة لفحص التصاميم. وهو لا يُعوِّض قائمة الخوادم أو النموذج الحراري.

أربعة فحوصات لمُقترح المورِّد

١. هل تم وضع التسميات على الوحدات بوضوح؟

يجب أن يميِّز الاقتراح بين:

• كيلوواط لكل رف؛
• إجمالي القدرة الكهربائية في مجال تكنولوجيا المعلومات بوحدة الكيلوواط لكل حاوية؛
• قدرة وحدة التبريد بوحدة الكيلوواط؛
• القدرة الحرارية لوحدة توزيع التبريد (CDU) بوحدة الكيلوواط؛
• إجمالي قدرة المشروع بوحدة الميغاواط.

إذا ظهرت هذه القيم في جدول واحد دون تسميات، فاطلب جدولاً منقّحاً.

هل يصف بيان التكرار البنية الفعلية للنظام؟

عبارات مثل «التوافر العالي» ليست بنىً هيكلية. اسأل ما إذا كان النظام يتبع الترتيب N+1 أو 2N أو أي ترتيب آخر. وتأكد من المكوّنات التي تم تزويدها بتكرار، وما الذي يحدث أثناء عمليات الصيانة.

تستخدم مشاريع المرجعية لشركة ZT أنظمة إمداد طاقة غير منقطعة (UPS) من نوع 2N مع بطاريات ليثيوم أو بطاريات رصاص-حمض مغلقة (VRLA). وتتوافق معدات أنظمة UPS المركّبة على الرفوف مع المعيار ISO/IEC 62040-3، ولها زمن انتقال صفري وكفاءة تبلغ ٩٨,٥٪ في الوضع الاقتصادي (ECO mode). أما وحدات النوع البرجي فهي مُصنَّفة بكفاءة ٩٥,٥٪، وتقبل مدخلات تيار متناوب تتراوح بين ١٣٨ و٤٨٥ فولت، وتسمح بتشغيل أربع وحدات بالتوازي.

هل تحقّق المورّد من وزن الرفوف وقدرة تدفق الهواء المتبقية؟

رفوف شركة ZT تمتلك تصنيف التحميل الثابت ٣٠٠٠ كجم و نسبة التثقيب تزيد عن ٨٠٪ وكلا القيمتين مهمتان لأجهزة وحدة معالجة الرسومات الحديثة. وتُزيل التبريد السائل الحرارة من المكونات المزودة بلواصق تبريد، لكن أجزاء أخرى من الخادم قد تظل تطلق الحرارة في الهواء.

٤. هل توجد خطة لاختبار المصنع؟

قبل الشحن، يجب أن يطلع المشتري على خطة اختبار قبول المصنع المقترحة. ومن السجلات المفيدة ما يلي:

• المخططات الأحادية الخط;
• جداول الرفوف;
• قوائم الإنذارات والروابط التلقائية;
• نقاط حمل التبريد;
• متسلسلات تحكم وحدة التوزيع المبردة;
• النتائج الحرارية أو نتائج ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD)؛
• حسابات استقلالية البطارية؛
• تنسق القواطع الكهربائية؛
• اختبار التسريبات؛
• إجراءات اختبار النظام المتكامل.

يقلل الدمج في المصنع من التجميع الميداني، لكنه لا يلغي الحاجة إلى التحقق والاختبار.

ملاحظات الكفاءة والامتثال

سجلت شركة ZT متوسط مؤشر استخدام الطاقة (PUE) السنوي أقل من 1.2لإتاحة القدرة الكاملة على التبريد السائل عبر اللوحة الباردة في عام ٢٠٢٤. وتشمل مكتبة معالمها 1.5–2.0كنطاق مرجعي للمقارنة مع المرافق التقليدية المبردة بالهواء. ويعتمد مؤشر PUE على المناخ ودرجة التحميل وطرائق طرد الحرارة، لذا يجب التحقق من الهدف النهائي وفقًا لظروف المشروع.

تضمّ قائمة الشهادات التي حصلت عليها شركة ZT شهادات ISO 9001 وCE وCCC وTUV وRoHS وUL وTIA-942. كما تشير مكتبة مواصفات المنتج إلى شهادة UL 1741 لأنظمة طاقة الحاويات، وشهادة UL 94 V-0 لأداء مقاومة الاشتعال للغلاف الخارجي للحاوية الذكية، وتصنيف IP55 لحماية الحاويات من دخول الأجسام الصلبة والسوائل.

قبل الشراء، تأكَّد من نطاق الشهادة ورقمها الخاص بالتكوين المُقدَّم. وجود شعار على كتيب إعلاني لا يكفي.

للاطّلاع على سياق تصميمي أوسع، راجع نظرة عامة على معيار TIA-942 والـ موارد وزارة الطاقة الأمريكية الخاصة بمراكز البيانات .

الأسئلة الشائعة

ما الذي يجب أن أرسله إلى شركة ZT لمراجعة أولية لتحديد أبعاد الحاوية؟

أرسل جدول الترتيب الرأسي للأرفف (rack schedule)، وقائمة الخوادم أو وحدات معالجة الرسومات (GPU)، وأقصى حمل كهربائي لكل رف، والجهد الكهربائي المطلوب، ومتطلبات التكرار (redundancy)، ومدة التشغيل الاحتياطي، وتفضيلات نظام التبريد، وظروف الموقع.

هل تُعَدّ الحاوية ذات القدرة بين ٤٠ و٧٠ كيلوواط تصميمًا عالي الكثافة؟

ليس بالضرورة. ففي المرجع القياسي لشركة ZT، تمثّل القدرة بين ٤٠ و٧٠ كيلوواط الحمل الإجمالي لأجهزة تكنولوجيا المعلومات داخل الحاوية القياسية بطول ٤٠ قدمًا. وعلى سبيل المثال، فإن توزيع حمل إجمالي قدره ٤٠ كيلوواط على ٨ أرفف يُعادل ٥ كيلوواط لكل رف.

هل يمكنني استخدام متوسط الحمل لكل رف لحساب متطلبات التبريد؟

استخدمه فقط للتحقق الأولي. قد تحدد درجة حرارة الرف الأشد سخونة — وليس المتوسط — تدفق الهواء وأنابيب التبريد ومكان وحدة التبريد.

متى يجب أن أفكر في التبريد السائل؟

عادةً ما تُقيّم شركة ZT التبريد من الباب الخلفي أو التبريد الهجين عند حمل رف يتراوح بين ٣٠ و٥٠ كيلوواط/رف. أما فوق ٥٠ كيلوواط/رف، فإن التبريد السائل على مستوى الشريحة هو الحل العملي.

ما أحجام وحدات توزيع التبريد (CDU) المتاحة؟

تدرج شركة ZT سعات وحدات توزيع التبريد من ٢٠٠ إلى ١٤٠٠ كيلوواط، مع تحكم في درجة حرارة الجانب الثانوي بمقدار ±١°م، وبتصميم احتياطي اختياري من النوع ١+١.

كم وقتًا يمكن أن توفره التصنيع المسبق؟

تسجّل شركة ZT انخفاضًا بنسبة ٥٠–٧٠٪ في وقت الإنشاء في الموقع مقارنةً بالبناء التقليدي. ومع ذلك، لا يزال المدة الفعلية للمشروع تعتمد على الأعمال المدنية والموافقات والمرافق والنقل.

ثلاث نقاط يجب تضمينها في صفحة غلاف طلب العروض (RFP)

• اكتب أعلى حمل لرف واحد — وليس فقط المعدل.
• وصِف إجمالي الحاوية وحمل الرف وواجب التبريد بشكل منفصل.
• يجب تقديم الرسومات والحسابات وخطة الاختبارات المصنعية قبل الموافقة.
• 

حول شركة زي تي

تأسست في عام 2009، ZT (تشجيانغ زهتينغ لتكنولوجيا المعلومات المحدودة) تُصمّم وتُصنّع حلول البنية التحتية لمراكز البيانات الجاهزة من مرفق إنتاج مساحته ٣٠٬٠٠٠ متر مربع في تشجيانغ بالصين، وبفريق عمل يضم أكثر من ٢٠٠ موظف. ويشمل نطاق منتجاتها الأنظمة المُعبأة في حاويات قياسية بمقاسَي ٢٠ و٤٠ قدمًا، ووحدات توزيع التبريد (CDUs)، وأنظمة التبريد المدمجة بين الصفوف، وأنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS)، والخزائن، وبرامج إدارة مراكز البيانات (DCIM). وتتضمن الشهادات التي أدرجتها شركة ZT كلًّا من ISO ٩٠٠١، وCE، وCCC، وTUV، وRoHS، وUL، وTIA-٩٤٢.

مناقشة جدول الخزائن مع شركة ZT

لإجراء مراجعة أولية مفيدة، يُرجى إرسال قائمة الخزائن والمعدات الفعلية بدلًا من الاقتصار على هدف مشروع واحد بوحدة الميجاواط. وبذلك يستطيع فريق الهندسة لدى شركة ZT مواءمة تخطيط الحاوية، وسلسلة التغذية الكهربائية، وترتيب نظام التبريد مع الحمل المُعلن.

اطلب استشارة فنية أو مراجعة حل مركّز بيانات مُعبّأ في حاويات .

المصادر

• سلسلة ASHRAE الخاصة بمراكز البيانات
• TIA: ورقة العمل البيضاء لمراكز البيانات — التبريد السائل
• نظرة عامة على معيار TIA-٩٤٢
• وزارة الطاقة الأمريكية: مراكز البيانات والخوادم