در نگاه نخست، صنعت آلومینیوم و هوش مصنوعی دو جهان کاملاً متفاوت به نظر می‌رسند. یکی ریشه در معدن، متالورژی، ذوب و فرآیندهای صنعتی دارد و دیگری بر پایه الگوریتم‌ها، پردازش داده و توان محاسباتی بنا شده است. با این حال، در پشت پرده بزرگ‌ترین تحول فناوری قرن بیست‌ویکم، یعنی انقلاب هوش مصنوعی، فلزی حضور دارد که بدون آن توسعه زیرساخت‌های AI عملاً غیرممکن خواهد بود: آلومینیوم.

ظهور مدل‌های زبانی بزرگ، سامانه‌های هوش مصنوعی مولد، پردازش ابری، اینترنت اشیا، خودروهای خودران و تحلیل کلان‌داده‌ها باعث شده است جهان وارد دوره‌ای جدید از مصرف توان محاسباتی شود. هر درخواست از یک سامانه هوش مصنوعی، هر تصویر تولیدشده توسط یک مدل مولد و هر تحلیل پیچیده داده، در نهایت در مراکز داده‌ای انجام می‌شود که هزاران پردازنده، واحد گرافیکی و سامانه ذخیره‌سازی را در خود جای داده‌اند.

رشد این مراکز داده به حدی سریع بوده است که بسیاری از تحلیلگران انرژی، آن را یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش مصرف برق جهان در دهه آینده می‌دانند. اما کمتر به این موضوع توجه می‌شود که توسعه چنین زیرساخت عظیمی نیازمند حجم قابل‌توجهی از مواد مهندسی است؛ موادی که باید هم سبک باشند، هم در انتقال حرارت عملکرد مناسبی داشته باشند، هم در برابر خوردگی مقاوم باشند و هم قابلیت بازیافت بالایی داشته باشند.

در میان تمام فلزات صنعتی، آلومینیوم تقریباً تمام این ویژگی‌ها را در اختیار دارد. به همین دلیل، امروزه از پروفیل‌های اکسترودی آلومینیومی در ساخت رک‌های سرور، شاسی تجهیزات، سامانه‌های خنک‌کاری، مبدل‌های حرارتی، باس‌بارهای انتقال برق و حتی سازه‌های ماژولار مراکز داده استفاده می‌شود. شرکت‌های بزرگ فناوری که میلیاردها دلار در توسعه زیرساخت‌های هوش مصنوعی سرمایه‌گذاری می‌کنند، به‌طور غیرمستقیم به یکی از مهم‌ترین محرک‌های جدید تقاضای جهانی آلومینیوم تبدیل شده‌اند.

این مقاله از دانشنامه آلومینیوم به بررسی این ارتباط کمتر شناخته‌شده می‌پردازد؛ ارتباطی که می‌تواند در سال‌های آینده مسیر بخشی از بازار جهانی آلومینیوم را تغییر دهد.

چرا آلومینیوم به ماده‌ای کلیدی در زیرساخت‌های هوش مصنوعی تبدیل شده است؟

الزامات فنی مراکز داده مدرن

مراکز داده نسل جدید دیگر شباهت چندانی به مراکز داده ده یا پانزده سال پیش ندارند. در گذشته، بسیاری از سرورها بارهای پردازشی نسبتاً محدودی را مدیریت می‌کردند. اما با گسترش هوش مصنوعی، پردازنده‌های گرافیکی (GPU) و شتاب‌دهنده‌های محاسباتی پیشرفته، چگالی توان در رک‌ها به‌طور چشمگیری افزایش یافته است.

در برخی مراکز داده مخصوص هوش مصنوعی، توان مصرفی هر رک می‌تواند به ده‌ها و حتی بیش از صد کیلووات برسد. چنین شرایطی چالش‌های بزرگی ایجاد می‌کند:

• دفع حرارت تولیدشده توسط تجهیزات؛
• مدیریت ایمن برق؛
• کاهش وزن سازه‌ها؛
• حفظ پایداری مکانیکی؛
• افزایش سرعت نصب و توسعه مراکز داده.

در این میان، آلومینیوم به دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد خود به یکی از بهترین گزینه‌ها برای پاسخگویی به این نیازها تبدیل شده است.

نسبت استحکام به وزن

مزیتی فراتر از کاهش جرم

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آلومینیوم، نسبت بالای استحکام به وزن آن است. وزن مخصوص آلومینیوم تقریباً یک‌سوم فولاد است، اما با انتخاب آلیاژ آلومینیوم مناسب می‌توان به استحکام‌های بسیار بالا دست یافت.

در مراکز داده بزرگ، هزاران رک، مسیر کابل‌کشی، سازه‌های نگهدارنده و تجهیزات جانبی نصب می‌شوند. کاهش وزن هر جزء می‌تواند در مقیاس کلان به صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌های حمل، نصب و توسعه منجر شود.

علاوه بر این، توسعه مراکز داده ماژولار و کانتینری که به‌سرعت در نقاط مختلف جهان مستقر می‌شوند، نیاز به مواد سبک‌وزن را بیش از گذشته افزایش داده است. در چنین پروژه‌هایی، پروفیل آلومینیوم مزیتی راهبردی ایجاد می‌کنند.

هدایت حرارتی

ویژگی حیاتی در عصر پردازش‌های سنگین

در کنار سبکی، هدایت حرارتی بالای آلومینیوم یکی دیگر از دلایل اصلی استفاده گسترده از آن در زیرساخت‌های هوش مصنوعی است.

پردازنده‌های مدرن و واحدهای پردازش گرافیکی حجم عظیمی از حرارت تولید می‌کنند. اگر این حرارت به‌درستی مدیریت نشود:

• عملکرد تجهیزات کاهش می‌یابد؛
• مصرف انرژی افزایش پیدا می‌کند؛
• عمر قطعات کوتاه می‌شود؛
• و احتمال خرابی سامانه بالا می‌رود.

آلومینیوم به دلیل توانایی بالای انتقال حرارت، ماده‌ای ایده‌آل برای ساخت هیت‌سینک ، صفحات خنک‌کننده، مبدل‌های حرارتی و سامانه‌های مدیریت حرارتی محسوب می‌شود.

پروفیل‌های آلومینیوم، ستون فقرات سازه‌ای مراکز داده مدرن

رک‌های سرور و ساختارهای ماژولار

اگر وارد یک مرکز داده مدرن شوید، نخستین چیزی که توجه شما را جلب می‌کند ردیف‌های بلند رک‌های سرور است. این رک‌ها باید بتوانند وزن تجهیزات سنگین را تحمل کنند و در عین حال دسترسی آسان برای تعمیر و نگهداری فراهم آورند.

در سال‌های اخیر استفاده از پروفیل‌های اکسترودی آلومینیومی در طراحی رک‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. دلیل این موضوع تنها کاهش وزن نیست؛ بلکه قابلیت بالای اکستروژن امکان ایجاد مقاطع پیچیده‌ای را فراهم می‌کند که:

• مسیر عبور کابل‌ها را در خود جای می‌دهند؛
• امکان نصب تجهیزات جانبی را فراهم می‌کنند؛
• و استحکام لازم را با حداقل مصرف ماده ایجاد می‌کنند.

این ویژگی‌ها باعث شده‌اند آلومینیوم به انتخابی جذاب برای تولیدکنندگان تجهیزات زیرساختی مراکز داده تبدیل شود.

مراکز داده کانتینری

آینده توسعه سریع زیرساخت‌های AI

یکی از روندهای مهم صنعت فناوری، حرکت به سمت مراکز داده ماژولار و کانتینری است. این مراکز داده در کارخانه ساخته می‌شوند و سپس به محل موردنظر منتقل می‌گردند.

در چنین سامانه‌هایی، کاهش وزن اهمیت اقتصادی مستقیمی دارد. استفاده از پروفیل‌های آلومینیومی می‌تواند وزن سازه را کاهش دهد و در نتیجه هزینه حمل‌ونقل و نصب را پایین بیاورد.

علاوه بر این، مقاومت آلومینیوم در برابر خوردگی باعث می‌شود این سازه‌ها در شرایط محیطی مختلف دوام بالایی داشته باشند.

آلومینیوم و مدیریت حرارتی در عصر هوش مصنوعی

چرا موفقیت مراکز داده آینده به توانایی دفع حرارت وابسته است؟

اگر بخواهیم تنها یک چالش فنی را به‌عنوان بزرگ‌ترین مانع توسعه مراکز داده هوش مصنوعی معرفی کنیم، آن چالش بدون تردید مدیریت حرارت خواهد بود.

در سال‌های گذشته، رقابت شرکت‌های فناوری عمدتاً بر سر افزایش توان پردازشی بود. اما امروزه بسیاری از متخصصان معتقدند محدودیت اصلی توسعه هوش مصنوعی نه توان پردازنده‌ها، بلکه توانایی مراکز داده در دفع حرارت تولیدشده توسط آن‌ها است.

نسل جدید پردازنده‌های گرافیکی مورد استفاده در آموزش مدل‌های هوش مصنوعی، توان مصرفی بسیار بالاتری نسبت به نسل‌های گذشته دارند. برخی از شتاب‌دهنده‌های مدرن هوش مصنوعی می‌توانند به‌تنهایی چند صد وات توان مصرف کنند. هنگامی که هزاران پردازنده در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند، حجم عظیمی از انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می‌شود.

این گرما اگر به‌درستی مدیریت نشود، می‌تواند باعث:

• افت عملکرد پردازنده‌ها،
• افزایش مصرف انرژی،
• کاهش طول عمر تجهیزات،
• افزایش نرخ خرابی،
• و حتی توقف کامل مراکز داده شود.

به همین دلیل، مدیریت حرارتی به یکی از مهم‌ترین حوزه‌های سرمایه‌گذاری صنعت فناوری تبدیل شده است؛ حوزه‌ای که آلومینیوم در آن نقشی کلیدی ایفا می‌کند.

هیت‌سینک‌های آلومینیومی

نخستین خط دفاع در برابر گرما

بخش عمده‌ای از تجهیزات پردازشی هوش مصنوعی برای دفع حرارت از هیت‌سینک استفاده می‌کنند. وظیفه هیت‌سینک انتقال سریع گرما از تراشه به محیط اطراف است.

در اینجا ویژگی‌های ذاتی آلومینیوم اهمیت پیدا می‌کند.

آلومینیوم علاوه بر هدایت حرارتی مناسب، دارای ویژگی‌های زیر است:

• وزن پایین،
• قابلیت اکستروژن بالا،
• ماشین‌کاری آسان،
• مقاومت خوردگی مطلوب،
• و قیمت اقتصادی‌تر نسبت به بسیاری از فلزات دیگر.

به همین دلیل بخش بزرگی از هیت‌سینک‌های مورد استفاده در مراکز داده از آلیاژهای آلومینیومی ساخته می‌شوند.

قابلیت اکستروژن آلومینیوم این امکان را فراهم می‌کند که مهندسان پره‌های بسیار پیچیده و هندسه‌های پیشرفته‌ای طراحی کنند که سطح انتقال حرارت را به‌شدت افزایش می‌دهد. افزایش سطح مؤثر انتقال حرارت مستقیماً باعث بهبود عملکرد سیستم خنک‌کاری می‌شود.

مبدل‌های حرارتی

جایی که آلومینیوم به یک مزیت اقتصادی تبدیل می‌شود

با افزایش توان پردازشی مراکز داده، سیستم‌های خنک‌کاری نیز پیچیده‌تر شده‌اند. امروزه در بسیاری از مراکز داده پیشرفته از مبدل‌های حرارتی بزرگ برای انتقال گرما از تجهیزات به سامانه‌های سرمایشی استفاده می‌شود.

در این بخش، آلومینیوم به دلیل ترکیب منحصربه‌فردی از خواص فنی و اقتصادی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است.

استفاده از آلومینیوم در مبدل‌های حرارتی مزایای متعددی ایجاد می‌کند:

• کاهش وزن تجهیزات؛
• افزایش راندمان انتقال حرارت؛
• کاهش هزینه ساخت؛
• سهولت تولید انبوه؛
• و بهبود قابلیت بازیافت.

این مزایا به‌ویژه برای مراکز داده Hyperscale که هزاران مترمربع مساحت دارند، اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کند.

خنک‌کاری مایع

فصل جدیدی در مصرف آلومینیوم

یکی از مهم‌ترین تحولات صنعت هوش مصنوعی، حرکت به سمت Liquid Cooling یا خنک‌کاری مایع است.

در گذشته بیشتر مراکز داده از جریان هوا برای دفع حرارت استفاده می‌کردند. اما افزایش توان پردازشی تجهیزات باعث شده است که خنک‌کاری هوا در بسیاری از کاربردها دیگر پاسخگو نباشد.

در سامانه‌های خنک‌کاری مایع، گرما مستقیماً از طریق صفحات خنک‌کننده و مدارهای سیال جذب می‌شود. این روش راندمان بسیار بالاتری نسبت به خنک‌کاری هوا دارد.

در چنین سامانه‌هایی، آلومینیوم در بخش‌های مختلفی استفاده می‌شود:

• صفحات انتقال حرارت؛
• کانال‌های خنک‌کننده؛
• هوزینگ تجهیزات؛
• مبدل‌های حرارتی؛
• و سازه‌های نگهدارنده.

گسترش این فناوری می‌تواند در سال‌های آینده یکی از مهم‌ترین محرک‌های تقاضای آلومینیوم در صنعت فناوری باشد.

آلومینیوم یا مس؟

رقابت دو فلز در مدیریت حرارت

یکی از پرسش‌های رایج در صنعت مراکز داده این است که آیا آلومینیوم می‌تواند جایگزین مس شود؟

واقعیت این است که هر دو فلز مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

مس از نظر هدایت حرارتی عملکرد بهتری دارد. به همین دلیل در برخی تجهیزات حساس همچنان انتخاب اول محسوب می‌شود.

اما آلومینیوم مزایای مهمی دارد:

• وزن بسیار کمتر؛
• قیمت پایین‌تر؛
• سهولت شکل‌دهی؛
• مقاومت خوردگی مناسب؛
• و قابلیت بازیافت بالا.

در بسیاری از کاربردها، این مزایا باعث می‌شود آلومینیوم گزینه اقتصادی‌تری باشد.

به همین دلیل بسیاری از تجهیزات مدرن از طراحی‌های هیبریدی استفاده می‌کنند که در آن مزایای هر دو فلز به‌طور هم‌زمان مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد.

نقش آلومینیوم در شبکه توزیع برق مراکز داده

چگونه این فلز به ستون فقرات انتقال انرژی در عصر AI تبدیل شده است؟

اگر گرما بزرگ‌ترین چالش مراکز داده باشد، برق مهم‌ترین نیاز آن‌هاست.

هر مدل هوش مصنوعی جدید به توان پردازشی بیشتری نیاز دارد و این موضوع مستقیماً مصرف برق را افزایش می‌دهد. برخی از مراکز داده نسل جدید مصرف برقی در حد یک شهر کوچک دارند.

در چنین مقیاسی، انتخاب مواد مناسب برای انتقال انرژی اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کند.

باس‌بارهای آلومینیومی

جایگزینی که روزبه‌روز محبوب‌تر می‌شود

در گذشته استفاده از مس در سامانه‌های توزیع برق رایج‌تر بود. اما افزایش قیمت مس و رشد سریع تقاضا باعث شده است بسیاری از طراحان به سمت آلومینیوم حرکت کنند.

باس‌بارهای آلومینیومی می‌توانند:

• وزن سامانه را کاهش دهند؛
• هزینه را پایین بیاورند؛
• نصب را ساده‌تر کنند؛
• و پایداری زیست‌محیطی را افزایش دهند.

در مراکز داده بزرگ، این مزایا می‌تواند صرفه‌جویی‌های قابل‌توجهی ایجاد کند.

کابل‌ها و هادی‌های آلومینیومی در زیرساخت‌های AI

افزایش مصرف برق مراکز داده باعث توسعه گسترده خطوط انتقال و توزیع انرژی شده است.

در این حوزه نیز آلومینیوم به دلیل نسبت مناسب هدایت الکتریکی به وزن، جایگاه مهمی پیدا کرده است.

استفاده از هادی‌های آلومینیومی می‌تواند:

• وزن شبکه را کاهش دهد؛
• هزینه توسعه زیرساخت را کم کند؛
• و بهره‌وری اقتصادی پروژه‌ها را افزایش دهد.

به همین دلیل بسیاری از پروژه‌های جدید انرژی که برای پشتیبانی از مراکز داده طراحی می‌شوند، وابستگی قابل‌توجهی به آلومینیوم دارند.

چرا توسعه AI می‌تواند بازار جهانی آلومینیوم را متحول کند؟

بسیاری از تحلیل‌ها درباره آینده آلومینیوم بر خودروهای برقی، انرژی خورشیدی و صنعت ساختمان تمرکز دارند. اما یک روند جدید در حال شکل‌گیری است که ممکن است در دهه آینده اهمیت فزاینده‌ای پیدا کند:

اقتصاد هوش مصنوعی.

هر مرکز داده جدید به معنای مصرف بیشتر آلومینیوم در:

• سازه‌ها،
• رک‌ها،
• سامانه‌های خنک‌کاری،
• تجهیزات انتقال حرارت،
• زیرساخت‌های برق،
• و تجهیزات جانبی است.

بنابراین رشد AI تنها باعث افزایش تقاضا برای تراشه‌ها نمی‌شود؛ بلکه زنجیره‌ای از صنایع از جمله صنعت آلومینیوم را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد.

به اطلاعات تخصصی بیشتری نیاز دارید؟
با ما تماس بگیرید تا درباره‌ی راهکارهای خلاقانه در صنعت آلومینیوم اطلاعات بیشتری کسب کنید.