Các trung tâm dữ liệu, với máy chủ dày đặc vận hành các quy trình nặng, thường gặp phải vấn đề nhiệt độ cao. Quá nhiệt không chỉ làm giảm hiệu suất để bảo vệ phần cứng mà còn đẩy nhanh hao mòn, tăng nguy cơ hỏng hóc và gián đoạn tốn kém. Vì vậy, các giải pháp quản lý nhiệt tiên tiến là điều cần thiết để đảm bảo hiệu suất, độ bền và tính ổn định. Trong bài viết này, hãy cùng khám phá cách tối ưu quản lý nhiệt với giải pháp tản nhiệt cho trung tâm dữ liệu.
Giải pháp cho trung tâm dữ liệu
Một số vấn đề với các giải pháp hiện nay
Khi trung tâm dữ liệu mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của điện toán hiện đại, các giải pháp quản lý nhiệt truyền thống dần bộc lộ nhiều hạn chế. Các phương pháp tản nhiệt thông thường, như tiếp xúc kim loại với kim loại, thường không đáp ứng được lượng nhiệt cao từ các thiết bị phần cứng tiên tiến. Những vật liệu này không thể lấp đầy hoàn toàn các khe hở siêu nhỏ, dẫn đến khả năng dẫn nhiệt không tối ưu.
Các giải pháp như màng chuyển pha truyền thống dễ bị xuống cấp sau nhiều lần tháo lắp, chẳng hạn như trong các mô-đun quang học có thể cắm rút (pluggable optical modules). Quá trình xuống cấp này không chỉ làm giảm hiệu suất nhiệt mà còn có nguy cơ thải ra các hợp chất bay hơi, gây ảnh hưởng đến các linh kiện điện tử nhạy cảm trong môi trường trung tâm dữ liệu.
Hơn nữa, các phương pháp truyền thống này thường không thể xử lý được mật độ công suất tăng cao của các thiết kế bộ thu phát mới, vốn có thể vượt mức 20W hoặc thậm chí 35W mỗi mô-đun. Với số lượng lên đến 32 mô-đun trên mỗi card mạch, tổng lượng nhiệt sinh ra trở thành một thách thức nghiêm trọng. Sự kém hiệu quả này dẫn đến tình trạng quá nhiệt, tăng mức tiêu thụ năng lượng và chi phí làm mát cao hơn, cuối cùng ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất và tính bền vững của trung tâm dữ liệu.
Chính vì những vấn đề này, một số nhà sản xuất bộ chuyển mạch (switch) đang tìm kiếm một giải pháp kiểm soát nhiệt mới nhằm giảm nhiệt độ vận hành cho các ứng dụng bộ thu phát công suất 20W của mình.
Tầm quan trọng của vật liệu tản nhiệt cho trung tâm dữ liệu
Vật liệu tản nhiệt (TIMs) đóng vai trò quan trọng trong việc lấp đầy các khe hở siêu nhỏ giữa các thành phần sinh nhiệt và hệ thống làm mát, chẳng hạn như bộ tản nhiệt hoặc bộ dẫn nhiệt. Nếu không có vật liệu tản nhiệt hiệu quả, những khe hở này sẽ trở thành rào cản nhiệt, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng. Giải pháp tản nhiệt cho trung tâm dữ liệu mang lại các lợi ích sau:
Ngăn ngừa suy giảm hiệu suất: Nhiệt độ quá cao có thể buộc các bộ xử lý và các thành phần khác phải giảm hiệu suất để tránh quá nhiệt, làm giảm hiệu quả tính toán của máy.
Kéo dài tuổi thọ phần cứng: Khả năng tản nhiệt hiệu quả giúp giảm căng thẳng nhiệt, ngăn ngừa hao mòn và kéo dài đáng kể tuổi thọ của các thiết bị phần cứng đắt tiền.
Tăng cường hiệu quả năng lượng và giảm chi phí vận hành: Bằng cách tối ưu hóa truyền nhiệt, TIMs giúp hệ thống làm mát hoạt động hiệu quả hơn, giảm tiêu thụ năng lượng. Điều này không chỉ làm giảm chi phí vận hành cho các trung tâm dữ liệu lớn mà còn giảm tác động đến môi trường, hỗ trợ các mục tiêu phát triển bền vững.
Bài viết liên quan: Tại sao cần quản trị nhiệt trong thiết bị điện tử?
Ứng dụng giải pháp tản nhiệt cho trung tâm dữ liệu
Có nhiều loại vật liệu tản nhiệt (TIMs) được sử dụng phổ biến cho các ứng dụng trong trung tâm dữ liệu, bao gồm:
1. Lớp phủ tản nhiệt siêu mỏng (Micro-Thermal Interface Coatings)
MicroTIM là lớp phủ siêu mỏng và có khả năng dẫn nhiệt cao, được áp dụng trên các bộ tản nhiệt của card mạch mạng tiếp xúc với các mô-đun quang học cắm/rút (POMs). Lớp phủ này giúp truyền nhiệt hiệu quả giữa các mô-đun quang học và bộ tản nhiệt. Một số vật liệu có khả năng giảm nhiệt ở mức 0,33°C mỗi watt, đạt tới giảm 5°C cho mô-đun công suất 15 watt. Đây là giải pháp tối ưu cho các hệ thống chuyển mạch và định tuyến tốc độ cao, chẳng hạn như các thiết kế 400 Gb.
2. Keo tản nhiệt (Thermal Greases)
Keo tản nhiệt, còn được gọi là kem/mỡ tản nhiệt, được sử dụng để lấp đầy các khoảng trống giữa CPU/GPU và bộ tản nhiệt. Chức năng chính của keo là đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả bằng cách loại bỏ các khe hở không khí, vốn là chất cách nhiệt kém. Keo tản nhiệt hoạt động ổn định trong một dải nhiệt độ rộng (-40°C đến +200°C), cung cấp khả năng dẫn nhiệt cao, cách điện tốt, và chống chịu được các tác động từ môi trường.
Xem các sản phẩm keo tản nhiệt
3. Gel tản nhiệt (Thermal Gel)
Gel tản nhiệt là vật liệu có độ nhớt cao, được tạo ra bằng cách trộn bột dẫn nhiệt với silica gel trong điều kiện chân không để đảm bảo không có không khí trong vật liệu. Điều này giúp gel có khả năng truyền nhiệt vượt trội. Một số loại gel lỏng dạng một thành phần rất linh hoạt trong quy trình sản xuất, giảm áp lực lên linh kiện và đạt độ dẫn nhiệt lên đến 6.0 W/m·K. Quy trình tra keo đơn giản cũng giúp gel tản nhiệt phù hợp cho sản xuất số lượng lớn, đồng thời mang lại sự ổn định, ít bay hơi và độ tin cậy cao trong các điều kiện khắc nghiệt.
4. Vật liệu chuyển pha (Phase-Change Materials – PCM)
Vật liệu chuyển pha giữ trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng nhưng tan chảy khi hoạt động, đảm bảo tiếp xúc nhiệt tối ưu. Các vật liệu này đặc biệt hiệu quả đối với các thiết bị ASIC và FPGA lớp 1/lớp 2, nơi việc tản nhiệt cao là điều cần thiết để duy trì chức năng. Là một giải pháp thay thế không gây lộn xộn so với keo tản nhiệt, PCM được ưa chuộng trong các môi trường yêu cầu hiệu suất và độ tin cậy cao.
5. Miếng tản nhiệt (Thermal Pads)
Miếng tản nhiệt dạng cắt sẵn là giải pháp dễ sử dụng, lý tưởng cho các môi trường sản xuất hàng loạt. Với độ đàn hồi thấp và khả năng dẫn nhiệt cao, chúng phù hợp cho các mạch tích hợp (IC) không yêu cầu gắn thêm bộ tản nhiệt lớn. Đặc tính linh hoạt của chúng giúp giảm áp lực lên linh kiện, đồng thời đơn giản hóa quy trình ứng dụng mà vẫn đảm bảo hiệu suất tản nhiệt ổn định.
Xem các sản phẩm miếng tản nhiệt
6. Keo dẫn nhiệt (Thermal Conductive Adhesives – TCA)
Keo dẫn nhiệt không chỉ cung cấp khả năng kết dính cơ học mà còn đảm bảo dẫn nhiệt hiệu quả. TCAs có dải độ dẫn nhiệt rất rộng, thường từ 0.1 W/m·K đến 60 W/m·K, tùy thuộc vào loại vật liệu làm đầy, nồng độ, cấu hình và các đặc tính cơ nhiệt của lớp nền keo.
Keo dẫn nhiệt thường được sử dụng trong các ứng dụng như gắn kết thiết bị gắn trên bề mặt (SMDs) vào bảng mạch in (PCBs), gắn kết bộ tản nhiệt, biến áp, và cuộn dây. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng để truyền nhiệt từ bảng mạch hoặc các linh kiện khác, đồng thời bọc và bảo vệ các phần tử trong động cơ, pin, hệ thống chiếu sáng, và LED.
Cách lựa chọn giải pháp vật liệu tản nhiệt (TIMs) phù hợp cho trung tâm dữ liệu
Việc lựa chọn vật liệu tản nhiệt (TIMs) phù hợp cho trung tâm dữ liệu phụ thuộc vào các yếu tố như yêu cầu về độ dẫn nhiệt, phương pháp ứng dụng, và khả năng tương thích với các vật liệu khác. Dưới đây là một số yếu tố quan trọng cần xem xét:
- Độ dẫn nhiệt: Được đo bằng đơn vị W/mK (watt trên mét Kelvin), giá trị độ dẫn nhiệt càng cao thì khả năng truyền nhiệt càng tốt.
- Phương pháp ứng dụng: Tính dễ dàng trong việc lắp đặt và khả năng sửa chữa ảnh hưởng trực tiếp đến lịch trình bảo trì và hiệu quả tổng thể. Các loại miếng tản nhiệt (thermal pads) cắt sẵn hoặc gel dễ tra thường được ưa chuộng nhờ tính đơn giản và linh hoạt.
- Độ bền: Vật liệu cần chịu được các tác động trong quá trình vận hành, bao gồm nhiệt độ cao và áp lực cơ học.
- Tuân thủ tiêu chuẩn môi trường: Các vật liệu thân thiện với môi trường và đạt chuẩn RoHS không chỉ bảo vệ môi trường mà còn góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững của doanh nghiệp
| Loại vật liệu tản nhiệt | Độ dẫn nhiệt (W/m·K) | Điện trở nhiệt tiếp xúc (mm²·K/W) | Tràn vật liệu (Pump-out) | Tái sử dụng | Hấp thụ áp lực | Khả năng thay thế |
| Miếng tản nhiệt | 0.8-25 | 30-200 | Không | Có | Tốt | Tốt |
| Gel tản nhiệt | 2-12 | 5-40 | Không | Không | Trung bình | Trung bình |
| TCA | 0.8-25 | 20-100 | Không | Không | Trung bình | Kém |
| PCM | 0.7-8.5 | 20-70 | Có | Có | Tốt | Trung bình |
| Keo tản nhiệt | 2-10 | 40-200 | Có | Không | Tốt | Trung bình |
| Hàn kim loại | 20-80 | <5 | Không | Không | Kém | Kém |
Bảng. Đặc tính kỹ thuật của số vật liệu tản nhiệt phổ biến.
Xem tất cả sản phẩm tản nhiệt có sẵn
Việc lựa chọn loại keo phù hợp để dán nhựa với kim loại phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và điều kiện môi trường trong trung tâm dữ liệu. Mỗi loại keo đều mang lại những ưu điểm riêng và phù hợp với các yêu cầu khác nhau trong quá trình sản xuất và sử dụng sản phẩm. Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vật liệu chuyên biệt, Prostech sẵn sàng hỗ trợ khách hàng trong việc lựa chọn loại vật liệu tản nhiệt phù hợp và cung cấp giải pháp tích hợp vào dây chuyền sản xuất để tối ưu hóa hiệu quả sản xuất. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí.
