تقوم مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بدراسة الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية

تعمل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي على قلب عالم توليد الطاقة رأسًا على عقب. لا توجد سعة طاقة كافية على الشبكة حتى تقترب من مقدار الطاقة اللازمة للرقم الذي يتم بناؤه. وشبكات النقل والتوزيع التقليدية ليست فعالة بما يكفي لتحقيق الاستفادة الكاملة من كل الطاقة المتاحة. ووفقاً لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)، يبلغ متوسط ​​خسائر النقل والتوزيع السنوية حوالي 5 بالمائة. المعدل أعلى بكثير في بعض الأجزاء الأخرى من العالم. ومن ثم، فإن شركات التوسع الكبير مثل Amazon Web Services وGoogle Cloud وMicrosoft Azure تبحث في كل السبل للحصول على المزيد من القوة ورفع الكفاءة.

على سبيل المثال، تشيد مايكروسوفت بالفضائل المحتملة للموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة المرتفعة (HTS) كبديل للأسلاك النحاسية. وفقًا للشركة، يمكن لـ HTS تحسين كفاءة الطاقة عن طريق تقليل خسائر النقل، وزيادة مرونة الشبكات الكهربائية، والحد من تأثير مراكز البيانات على المجتمعات من خلال تقليل مقدار المساحة المطلوبة لنقل الطاقة.

كتب أليستر سبيرز، المدير العام للبنية التحتية العالمية في مايكروسوفت، في منشور بالمدونة: “نظرًا لأن الموصلات الفائقة تشغل مساحة أقل لنقل كميات كبيرة من الطاقة، فإنها يمكن أن تساعدنا في بناء أنظمة أنظف وأكثر إحكاما”.

يعتبر النحاس موصلًا جيدًا، لكن التيار يواجه مقاومة أثناء تحركه على طول الخط. يؤدي ذلك إلى توليد الحرارة، وتقليل الكفاءة، وتقييد مقدار التيار الذي يمكن نقله. تلغي HTS عامل المقاومة هذا إلى حد كبير، لأنها مصنوعة من مواد فائقة التوصيل يتم تبريدها إلى درجات حرارة مبردة. (على الرغم من الاسم، لا تزال الموصلات الفائقة عالية الحرارة تعتمد على درجات حرارة شديدة البرودة، وإن كانت أكثر دفئًا بشكل ملحوظ من تلك التي تتطلبها الموصلات الفائقة التقليدية).

وتكون الكابلات الناتجة أصغر حجمًا وأخف وزنًا من الأسلاك النحاسية، ولا تخفض الجهد الكهربي أثناء نقل التيار، ولا تنتج حرارة. يتناسب هذا بشكل جيد مع احتياجات مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي التي تحاول حشر الأحمال الكهربائية الضخمة في مساحة صغيرة. وستكون هناك حاجة أيضًا إلى عدد أقل من المحطات الفرعية. وفقًا لسبيرز، توفر خطوط النقل فائقة التوصيل من الجيل التالي قدرة أعلى بكثير من الخطوط التقليدية عند نفس مستوى الجهد.

تعمل Microsoft مع شركاء على تطوير هذه التكنولوجيا بما في ذلك استثمار 75 مليون دولار أمريكي في شركة Veir، وهي شركة مطورة لتكنولوجيا الطاقة فائقة التوصيل. تستخدم موصلات Veir شريط HTS، والذي يعتمد في الغالب على فئة من المواد المعروفة باسم أكسيد النحاس الباريوم الأرضي النادر (REBCO). REBCO عبارة عن طبقة سيراميكية فائقة التوصيل يتم ترسيبها كطبقة رقيقة على ركيزة معدنية، ثم يتم تصميمها لتصبح موصلًا متينًا يمكن تجميعه في كابلات الطاقة.

يقول تيم هايدل، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Veir: “إن الاختلاف الرئيسي عن النحاس أو الألومنيوم هو أنه في درجة حرارة التشغيل، تحمل الطبقة فائقة التوصيل تيارًا بدون مقاومة كهربائية تقريبًا، مما يتيح كثافة تيار عالية جدًا في عامل شكل أكثر إحكاما بكثير”.

تبريد النيتروجين السائل في مراكز البيانات

يقف رسلان ناجيموف، مهندس البنية التحتية الرئيسي للعمليات السحابية والابتكار في Microsoft، بالقرب من أول نموذج أولي لحامل يعمل بنظام HTS في العالم.مايكروسوفت

لا تزال كابلات HTS تعمل في درجات حرارة شديدة البرودة، لذا يجب دمج التبريد في تصميم نظام توصيل الطاقة. يحافظ Veir على درجة حرارة تشغيل منخفضة باستخدام نظام النيتروجين السائل ذو الحلقة المغلقة: يدور النيتروجين عبر طول الكابل، ويخرج في النهاية البعيدة، ويُعاد تبريده، ثم يُعاد تدويره مرة أخرى إلى البداية.

يقول هايدل: “إن النيتروجين السائل مادة وفيرة ومنخفضة التكلفة وآمنة تستخدم في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية الهامة على نطاق هائل”. “إننا نستفيد من الخبرة والمعايير الخاصة بالعمل مع النيتروجين السائل الذي أثبتت كفاءته في الصناعات الأخرى لتصميم حلول مراكز بيانات مستقرة ومصممة للتشغيل المستمر، مع المراقبة والضوابط التي تناسب توقعات البنية التحتية الحيوية بدلاً من ظروف المختبر.”

يمكن إجراء تبريد كابل HTS داخل مركز البيانات أو خارجيًا. يفضل هايدل الخيار الأخير لأنه يقلل من البصمة والتعقيد التشغيلي في الداخل. ويتم تغذية خطوط النيتروجين السائل في المنشأة لخدمة الموصلات الفائقة. إنها توفر الطاقة إلى حيث تكون هناك حاجة إليها ويتم إدارة نظام التبريد مثل الأنظمة الفرعية الأخرى للمنشأة.

المواد الأرضية النادرة، وحلقات التبريد، ودرجات الحرارة المبردة – كل هذا يضيف إلى حد كبير إلى التكاليف. وبالتالي، لن يحل HTS محل النحاس في الغالبية العظمى من التطبيقات. يقول هايدل إن الجوانب الاقتصادية تكون أكثر إلحاحًا عندما يكون توصيل الطاقة مقيدًا بالمساحة والوزن وانخفاض الجهد والحرارة.

يقول هايدل: “في تلك الحالات، تظهر القيمة على مستوى النظام: آثار أصغر، وتقليل خسائر المقاومة، ومزيد من المرونة في كيفية توجيه الطاقة”. “مع تطور التكنولوجيا، يجب أن تتحسن التكاليف من خلال تصنيع أشرطة HTS بكميات أكبر وتحسين الإنتاجية، وأيضًا من خلال توحيد أجهزة النظام المحيطة، وممارسات التثبيت، وقواعد التشغيل التي تقلل من تعقيد التصميم ومخاطر النشر.”

أصبحت مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بمثابة أرض الاختبار المثالية لهذا النهج. إن Hyperscalers على استعداد للإنفاق لتطوير أنظمة ذات كفاءة أعلى. ويمكنهم تحقيق التوازن بين الإنفاق على التطوير والإيرادات التي قد يحققونها من خلال تقديم خدمات الذكاء الاصطناعي على نطاق واسع.

يقول حسام العيسى، مدير تكنولوجيا الأنظمة في مايكروسوفت: “لقد نضج تصنيع HTS – خاصة على الجانب الشريطي – مما أدى إلى تحسين التكلفة وتوافر العرض”. “ينصب تركيزنا حاليًا على التحقق من صحة هذه التكنولوجيا والتخلص من مخاطرها مع شركائنا مع التركيز على تصميم الأنظمة وتكاملها.”