Hai công nghệ tiên tiến nổi bật nhất sử dụng trong làm mát trung tâm dữ liệu hiện nay có thể kể đến làm mát ngâm chất lỏng (immersion cooling) và làm mát trực tiếp vào chip (Direct-to-Chip – D2C). Mỗi công nghệ đều có những đặc điểm riêng, ưu điểm nổi bật và những đánh đổi nhất định. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích cách thức hoạt động của từng phương pháp, so sánh hiệu suất giữa chúng, và lý giải vì sao làm mát trực tiếp vào chip ngày càng trở thành lựa chọn ưu tiên cho các trung tâm dữ liệu quy mô siêu lớn (hyperscale).
Làm mát trung tâm dữ liệu bằng ngâm chất lỏng
Làm mát ngâm là một phương pháp quản lý nhiệt, trong đó toàn bộ máy chủ được nhúng hoàn toàn trong chất lỏng cách điện, không dẫn điện. Nhiệt được truyền trực tiếp từ các linh kiện điện tử sang chất lỏng làm mát. Nhờ sự chênh lệch nhiệt độ, chất lỏng nóng hơn và nhẹ hơn sẽ nổi lên, đồng thời được thay thế bằng chất lỏng mát hơn từ bên dưới – quá trình này được gọi là đối lưu tự nhiên. Cơ chế này giúp tản nhiệt hiệu quả ra khỏi hệ thống.
Làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu thường được chia thành hai loại chính, dựa trên cách các linh kiện điện tử tương tác với chất làm mát:
- Làm mát ngâm một pha (ví dụ: dầu khoáng, hydrocarbon tổng hợp): sử dụng chất làm mát để trao đổi nhiệt mà không xảy ra hiện tượng chuyển pha. Phương pháp này được xem là an toàn hơn vì không tạo ra khí hoặc hơi trong quá trình làm mát, từ đó giúp hệ thống tránh được nguy cơ nổ do áp suất vượt mức.
- Làm mát ngâm hai pha (ví dụ: fluorocarbon kỹ thuật): sử dụng chất làm mát để trao đổi nhiệt thông qua hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi. Khi chất làm mát đạt đến điểm sôi rất thấp, bong bóng hơi sẽ nổi lên và chuyển sang trạng thái khí. Sau khi bay hơi, hơi sẽ tiếp xúc với bộ ngưng tụ và được làm mát trở lại thành dạng lỏng. Chất lỏng sau đó chảy ngược về bể để tiếp tục chu trình làm mát.
Ưu điểm:
- Khả năng tản nhiệt vượt trội
- Cho phép thiết kế máy chủ gọn nhẹ
- Giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ cho hệ thống làm mát
Nhược điểm:
- Chi phí hạ tầng ban đầu cao
- Cần thiết bị chuyên dụng và quy trình bảo trì đặc biệt
- Có thể gặp vấn đề về khả năng tương thích và tiêu chuẩn hóa
Làm mát trực tiếp vào chip (Direct-to-Chip – D2C)
Làm mát trực tiếp vào chip trong các trung tâm dữ liệu là phương pháp đặt các tấm làm mát (cold plate) trực tiếp lên những linh kiện sinh nhiệt như CPU hoặc GPU. Chất làm mát được bơm qua các vi kênh bên trong tấm làm mát để hấp thụ và dẫn nhiệt ra khỏi linh kiện.
Có hai loại chất làm mát chính được sử dụng trong hệ thống D2C:
- Chất làm mát gốc nước (có bổ sung chất ức chế ăn mòn): Đây là dung dịch nước khử ion được pha trộn với các chất ức chế ăn mòn đặc biệt. Chúng được ưa chuộng nhờ khả năng truyền nhiệt rất tốt và chi phí thấp. Tuy nhiên, nước nguyên chất có tính ăn mòn cao, vì vậy cần bổ sung các chất như silicat, photphat hoặc acid hữu cơ để tạo lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại.
- Chất làm mát gốc propylene glycol (PG): Loại chất lỏng này đặc biệt phù hợp với môi trường trung tâm dữ liệu vì có tuổi thọ cao ngay cả dưới áp lực nhiệt lớn, đồng thời bảo vệ tốt các hệ thống sử dụng nhiều kim loại (nhôm, đồng, thép). Trong đó, các công thức sử dụng OAT (Công nghệ Acid Hữu Cơ) được ưu tiên nhờ mức độ tiêu hao thấp và khả năng tự tái tạo lớp màng bảo vệ, từ đó giảm tần suất bảo trì và kéo dài chu kỳ thay thế chất lỏng.
Ưu điểm:
- Hiệu suất làm mát cao nhờ kiểm soát nhiệt trực tiếp tại từng linh kiện
- Dễ tích hợp vào hệ thống hạ tầng sẵn có
- Lượng chất lỏng sử dụng ít hơn so với hệ thống làm mát ngâm
Nhược điểm:
- Chỉ làm mát được các linh kiện cụ thể (như CPU/GPU), không giải quyết toàn bộ nguồn nhiệt
- Cần thiết kế chính xác theo cấu trúc từng loại chip
| Tiêu chí | Làm mát ngâm | Làm mát trực tiếp vào chip (D2C) |
|---|---|---|
| Chi phí | Chi phí đầu tư ban đầu cao | Chi phí vừa phải, có thể mở rộng linh hoạt |
| Bảo trì | Cần đào tạo chuyên biệt | Dễ quản lý, quen thuộc với đội ngũ kỹ thuật |
| Hiệu suất làm mát | Rất cao | Cao |
| Quản lý chất lỏng | Sử dụng lượng chất lỏng lớn | Lưu lượng cục bộ, lượng chất lỏng thấp |
| Khả năng mở rộng | Khó triển khai cho hệ thống hiện có | Phù hợp để mở rộng từng bước |
| Tiếp cận linh kiện | Khó tiếp cận | Dễ dàng nâng cấp hoặc sửa chữa |
| Tác động môi trường | Phụ thuộc vào loại chất lỏng sử dụng | Thấp hơn, đặc biệt khi dùng chất lỏng gốc PG |
So sánh: Làm mát ngâm vs Làm mát trực tiếp vào chip (D2C)
Vì sao làm mát trực tiếp vào chip là tương lai của các trung tâm dữ liệu quy mô lớn
Khi các trung tâm dữ liệu quy mô siêu lớn không ngừng mở rộng về kích thước và năng lực xử lý, giải pháp làm mát trực tiếp vào chip (D2C) mang đến điểm cân bằng lý tưởng giữa hiệu suất, khả năng bảo trì và mở rộng vận hành. Khác với hệ thống làm mát ngâm đòi hỏi thay đổi toàn bộ hạ tầng, D2C có thể tích hợp linh hoạt vào các hệ thống làm mát bằng không khí hiện có, tạo nên môi trường lai (hybrid) giúp chuyển đổi mượt mà sang hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu bằng chất lỏng.
Không chỉ vậy, D2C còn cho phép kiểm soát nhiệt độ chi tiết đến từng linh kiện, giúp tăng mật độ lắp đặt trong rack và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Đây cũng là một hướng đi thực tiễn giúp trung tâm dữ liệu đạt được mục tiêu bền vững mà không cần triển khai toàn bộ hệ thống làm mát ngâm phức tạp.
Case Study: Làm mát bằng chất lỏng PG-based hỗ trợ hiệu quả cho hệ thống D2C tại các trung tâm dữ liệu
Yếu tố quyết định cho thành công của các hệ thống D2C chính là chất làm mát. OAT PG-25 – chất lỏng gốc propylene glycol ứng dụng Công nghệ Acid Hữu Cơ (OAT) – được thiết kế riêng cho mục đích làm mát thiết bị điện tử. Sản phẩm này mang lại:
- Khả năng dẫn nhiệt vượt trội, giúp truyền nhiệt hiệu quả
- Bảo vệ ăn mòn lâu dài cho các kim loại sử dụng trong cold plate và đường ống
- Độc tính thấp và thân thiện môi trường hơn so với nhiều loại chất lỏng dùng trong làm mát ngâm
- Hoạt động ổn định, kể cả trong điều kiện tải biến động
Khác với chất làm mát gốc nước truyền thống – vốn thường dùng các chất ức chế ăn mòn vô cơ dễ suy giảm và có nguy cơ phát sinh vi sinh – OAT PG-25 được pha sẵn, sử dụng trực tiếp mà không cần pha loãng. Nhiều khách hàng thậm chí còn sử dụng PG-25 để xả hệ thống sau khi rửa bằng nước DI, nhằm đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.
Recochem’s OAT PG-25 đã được kiểm nghiệm, khuyến nghị và sử dụng thực tế bởi các nhà sản xuất chip, máy chủ và CDU hàng đầu, trở thành một giải pháp đáng tin cậy trong các triển khai trung tâm dữ liệu quy mô lớn hiện đại.
Prostech là nhà phân phối được ủy quyền của các sản phẩm Recochem. Với nền tảng kỹ thuật vững chắc và mối quan hệ hợp tác chặt chẽ cùng các nhà sản xuất hàng đầu, chúng tôi không chỉ cung cấp sản phẩm – mà còn mang đến hướng dẫn kỹ thuật toàn diện giúp bạn tự tin thiết kế, triển khai và tối ưu hệ thống làm mát trực tiếp vào chip. Dù bạn đang lên kế hoạch triển khai mới hay muốn nâng cấp hệ thống hiện tại, đội ngũ Prostech luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn ở mọi bước triển khai.
Liên hệ với Prostech ngay hôm nay để nhận báo giá và tư vấn kỹ thuật cho hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu.
