Các chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn lòng tìm hiểu thêm về nhu cầu kỹ thuật của bạn.
Hiệu quả làm mát bằng chất lỏng giống như cảm giác nhảy xuống hồ bơi lạnh trong ngày nắng nóng. Đây không phải là một ý tưởng mới lạ. Bộ tản nhiệt ô tô, một trong những ví dụ làm mát bằng chất lỏng đầu tiên trong ngành công nghiệp, đã xuất hiện gần 125 năm.
Hiệu quả làm mát bằng chất lỏng giống như cảm giác nhảy xuống hồ bơi lạnh trong ngày nắng nóng. Đây không phải là một ý tưởng mới lạ. Bộ tản nhiệt ô tô, một trong những ví dụ làm mát bằng chất lỏng đầu tiên trong ngành công nghiệp, đã xuất hiện gần 125 năm. Sử dụng làm mát bằng chất lỏng – cùng với các phương pháp giảm nhiệt khác – cũng không phải là ý tưởng mới đối với trung tâm dữ liệu. Nhiệt không kiểm soát từ máy chủ, bộ xử lý công suất cao và vô số thiết bị điện tử có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng. Dù trước đây phương pháp làm mát bằng chất lỏng chỉ dành cho các hệ thống sinh nhiệt đặc biệt cao, nhưng khối lượng công việc tính toán và dữ liệu lớn của cấu hình máy chủ mới ngày càng phát sinh nhiệt độ cao hơn, do đó, nhu cầu sử dụng phương pháp quản lý nhiệt bằng chất lỏng ngày càng được lớn hơn.
Thiết kế vật lý của trung tâm dữ liệu luôn ưu tiên khả năng giảm nhiệt, vì nhiệt độ cao là kẻ thù của hiệu suất và có thể phá hỏng các hệ thống điện tử. Mặc dù giới hạn nhiệt độ môi trường tuyệt đối của trung tâm dữ liệu là 82° F theo một số khuyến nghị của ngành, phạm vi nhiệt độ lý tưởng nên nằm trong khoảng 73° - 75° F.[1] Như bạn có thể hình dung, điều này dẫn đến chi phí điều hòa khổng lồ, chưa kể tiêu thụ điện đáng kể trên lưới điện. Do đó, việc đảm bảo các hệ thống máy chủ (và các thiết bị điện tử khác) được kiểm soát nhiệt độ nhiều nhất không chỉ là yếu tố quan trọng để lưu trữ và xử lý dữ liệu không bị gián đoạn, mà còn để vận hành tiết kiệm năng lượng hơn và chi phí thấp hơn.
Ngoài việc làm mát bằng không khí chủ động (điều hòa không khí, quạt, v.v.) và các thiết kế cấu trúc tối ưu như sàn nâng giúp tối đa hóa cơ hội lưu thông không khí, việc làm mát các hệ thống điện tử – đặc biệt là trong các giá đỡ máy chủ – từ trong ra ngoài cũng quan trọng không kém. Sử dụng vật liệu tản nhiệt (TIM), bộ tản nhiệt và hệ thống làm mát bằng chất lỏng là các phương pháp chính để giảm nhiệt độ bên trong thiết bị điện tử máy chủ mật độ cao. Với tất cả các phương pháp này, ngành này đang được đổi mới mạnh mẽ khi khối lượng và tốc độ dữ liệu do AI, khai thác dữ liệu và phân tích tạo ra ngày càng tăng, khiến thiết bị càng trở nên nóng hơn.
Làm mát bằng chất lỏng trong trung tâm dữ liệu có nhiều hình thức – từ các ống dẫn gắn vào tấm hoặc vỏ làm mát giữa các PCB/module, cho đến hệ thống làm mát toàn bộ ngâm chìm toàn bộ giá thiết bị. Ý tưởng tương đối đơn giản: một chất lỏng làm mát (nước hoặc chất làm mát điện môi) lưu thông qua các ống hoặc cấu trúc khác, làm mát bề mặt kim loại như một thiết bị thu nhiệt cho các chip tính toán hiệu năng cao. Với phương pháp làm mát nhấn chìm, các linh kiện được nhấn chìm [2] trong bể chứa chất làm mát điện môi, giúp giảm nhiệt độ hệ thống mà không gây hại cho linh kiện. Mặc dù các tấm làm mát và làm mát nhấn chìm chỉ mới được áp dụng ở một số khu vực nhất định, phương pháp kiểm soát nhiệt này được dự đoán sẽ tăng trưởng 20% CAGR từ 2022 đến 2028 [3] do khối lượng và cường độ dữ liệu ngày càng tăng.
Các nhà vận hành trung tâm dữ liệu không chỉ muốn tối ưu hóa hiệu suất bằng cách giảm nhiệt, mà còn muốn đảm bảo xây dựng các nhà máy dữ liệu bền vững và hiệu quả năng lượng hơn. Hiệu quả làm mát bằng không khí chỉ có thể đạt được khi mật độ công suất cao. Làm mát bằng chất lỏng tăng mạnh hiệu quả giảm nhiệt bằng cách sử dụng nước hoặc chất làm mát được tái lưu thông (giảm thiểu chất thải) với hiệu quả rất cao. Điều này giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng. Câu hỏi đặt ra là: Làm thế nào để tăng mạnh tác dụng của hệ thống làm mát chất lỏng?
Trước đây, người ta đã cố gắng cải thiện hơn nữa khả năng tản nhiệt của hệ thống làm mát bằng chất lỏng bằng cách sử dụng vật liệu tản nhiệt (TIM) ở giữa linh kiện và các ống/tấm/khung kim loại làm mát bằng chất lỏng. Cách này giúp tăng tốc độ tản nhiệt giữa những nơi vốn chỉ có kim loại tiếp xúc với nhau. Phương pháp này hoàn toàn có cơ sở. Nhưng các vật liệu vật liệu tản nhiệt hiện tại ở dạng miếng đệm, keo dán, gel và chất lỏng – lại không phù hợp (gel và chất lỏng) cho ứng dụng, hoặc không chịu được sự mài mòn/ma sát (miếng đệm và keo dán) thường xảy ra do các thành phần được lắp vào vỏ và/hoặc do bảng mạch in được đưa vào các cấu trúc tấm làm mát bằng chất lỏng có vách ngăn. Vật liệu bị xô đẩy hoặc bong tróc, dẫn đến mất đi hiệu quả vốn có.
Tuy nhiên, các cải tiến mới trong công nghệ TIM gần đây cho thấy tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát bằng chất lỏng. Vật liệu tản nhiệt vi mô (mTIM) bền bỉ, được phủ một lớp siêu mỏng, đã chứng minh khả năng giảm nhiệt rõ rệt cho các mô-đun quang dạng cắm (POMs) của bộ thu phát, nhờ cung cấp lớp dẫn nhiệt vượt trội hơn hẳn so với phương pháp truyền nhiệt trực tiếp giữa kim loại. Công nghệ này được sử dụng trong các mô-đun OSFP 400 GbE tại trung tâm dữ liệu và đã chứng minh khả năng giảm nhiệt rõ rệt so với phương pháp tiếp xúc kim loại thuần túy. Hiệu quả tổng thể của việc giảm nhiệt trên mỗi POM (với tối đa 32 POM trên một thẻ dòng) mang lại tác động làm mát mạnh mẽ hơn nữa. Mặc dù nghiên cứu hiệu năng của mTIM trong các thiết kế làm mát bằng ống dẫn và làm mát nhấn chìm vẫn đang ở giai đoạn đầu, các đặc tính của lớp phủ bền này cho thấy tiềm năng tăng cường tốc độ làm mát đáng kể cho hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Vật liệu này tương thích với nhiều loại kim loại khác nhau, có độ mỏng siêu mịn chỉ 25 µm (+/- 5 µm) và độ bền cao.
Khi tủ rack máy chủ trong trung tâm dữ liệu ngày càng nóng lên và ngay cả những giải pháp làm mát chất lỏng tiên tiến nhất cũng dần chạm ngưỡng, các đổi mới về kiểm soát nhiệt – như mTIM – có thể được cân nhắc để giúp vận hành hiệu quả và bền vững hơn.
- Bài viết
- Tài liệu
- Ứng dụng điển hình
- Đồ họa thông tin
- White paper