Liệu công nghệ làm mát ngâm chìm có mở ra hướng đi bền vững cho trung tâm dữ liệu?

Khi các công nghệ AI và học máy ngày càng hoàn thiện, cùng với nhu cầu dữ liệu và năng lực xử lý không ngừng tăng lên, nhu cầu đối với Máy tính Hiệu năng Cao (HPC), năng lực xử lý và lưu trữ đang tăng trưởng nhanh chóng. 

Điều này kéo theo áp lực ngày càng lớn lên dung lượng của các trung tâm dữ liệu. McKinsey¹ cho biết, xét về mức tiêu thụ điện, nhu cầu sử dụng tại các trung tâm dữ liệu Hoa Kỳ được dự đoán sẽ tăng từ 17 Gigawatts (GW) vào năm 2022 lên 35 GW vào năm 2030. 

Nghịch lý ở đây là, trước nhu cầu dung lượng ngày càng tăng, các trung tâm dữ liệu cũng phải đáp ứng các cam kết về tính bền vững và mục tiêu phát thải ròng bằng không.

Mặc dù các nhà công nghệ máy tính không ngừng tìm ra cách mới để tăng mật độ năng lượng, đưa nhiều khả năng xử lý và lưu trữ hơn vào không gian ngày càng nhỏ, nhưng như vậy có thể vẫn chưa đủ để giải quyết vấn đề trong trung hạn. Một bài báo năm 2020 của MIT Technology Review² cảnh báo rằng chúng ta không thể tiếp tục dựa vào định luật Moore để tăng sức mạnh tính toán trên mỗi tấm silicon, và không có công nghệ thay thế rõ ràng nào trong ngắn hạn ngoài việc tăng mật độ tủ rack máy chủ. 

Trong bối cảnh này, mục tiêu trọng tâm là giảm thiểu tác động môi trường của cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu hiện tại. Hệ thống làm mát làm tiêu tốn điện năng và không gian nhiều nhất trong trung tâm dữ liệu, chỉ đứng sau máy chủ và thiết bị IT, do đó, việc đổi mới công nghệ làm mát là then chốt để giải quyết vấn đề nan giải của trung tâm dữ liệu. 

Bài blog này đi sâu vào công nghệ làm mát ngâm chìm, xem xét những ưu điểm và rào cản, đồng thời đặt ra câu hỏi liệu xu hướng bền vững cho trung tâm dữ liệu có đủ mạnh để biến công nghệ này từ thị trường ngách sang thị trường chính thống hay không.

Làm mát ngâm chìm hoạt động bằng cách đặt các thiết bị IT vào một chất lỏng dẫn nhiệt tốt nhưng cách điện, nhằm mục đích tản nhiệt.

Có hai phương pháp làm mát ngâm chìm cơ bản: 

Với làm mát ngâm chìm một pha, bồn chứa được nối với đơn vị phân phối chất làm mát (CDU) để làm mát và tái tuần hoàn chất lỏng, và chất lỏng này luôn giữ ở trạng thái lỏng. 

Làm mát ngâm chìm hai pha hoạt động dựa trên sự bay hơi và ngưng tụ của chất lỏng làm mát, sử dụng bộ trao đổi nhiệt như cuộn dây ngưng tụ. 

Theo bài đăng trên blog năm 2019 của Data Center Dynamics³ , làm mát ngâm chìm không phải là một công nghệ mới; nó đã được dùng để làm mát máy biến áp cao áp hơn một trăm năm và được ứng dụng trong hệ thống máy tính từ những năm 1960. Sự quan tâm đến phương pháp làm mát bằng chất lỏng nói chung, và làm mát ngâm chìm nói riêng, gần đây đã trở lại mạnh mẽ nhờ tiềm năng giảm đáng kể điện năng và kích thước của các hệ thống làm mát IT, bên cạnh hiệu quả làm mát vượt trội so với làm mát bằng không khí, đặc biệt ở mật độ tủ rack máy chủ cao.

Làm mát ngâm chìm hiện nay là một công nghệ đang phát triển. 

Dự án Open Compute chỉ mới công bố các yêu cầu về làm mát ngâm chìm⁴ vào năm 2022, cho thấy vẫn còn nhiều việc cần làm để đưa công nghệ này trở nên phổ biến. 

Là chuyên gia công nghệ vật liệu, Henkel đặc biệt quan tâm đến các vật liệu tản nhiệt (TIM) dùng trong phương pháp làm mát ngâm chìm. 

Tương tự như hầu hết các phương pháp tản nhiệt khác, hiệu suất của phương pháp làm mát ngâm chìm phụ thuộc vào khả năng truyền nhiệt hiệu quả từ nguồn nhiệt sang chất làm mát, và vật liệu tiếp diện nhiệt đóng vai trò cực kỳ quan trọng. 

Làm mát ngâm chìm cũng có nhiều khó khăn riêng, chẳng hạn, các giải pháp mỡ tản nhiệt truyền thống rất dễ bị hòa tan trong chất lỏng làm mát. 

Henkel đang tích cực tham gia nghiên cứu và giải quyết những hệ lụy của phương pháp làm mát ngâm chìm đối với vật liệu tản nhiệt.

Làm mát ngâm chìm mang lại nhiều lợi ích hơn các phương pháp làm mát khác, do đó, nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các nhà cung cấp trung tâm dữ liệu muốn giảm chi phí, tăng dung lượng và giảm thiểu tác động môi trường

Về bản chất, nó tiết kiệm năng lượng hơn so với làm mát bằng không khí, và còn có ưu điểm là làm mát trực tiếp toàn bộ máy chủ hoặc linh kiện IT được ngâm. 

Phương pháp này cần ít bộ phận chuyển động và linh kiện điện hơn so với các phương pháp khác.

Tổng hợp lại, những đặc tính này mang đến nhiều lợi ích về chi phí và tính bền vững:

• Mức tiêu thụ điện năng thấp hơn đáng kể cho cùng một hiệu suất làm mát 
• Độ tin cậy của linh kiện được cải thiện nhờ việc làm mát liên tục, ổn định cho toàn bộ thiết bị
• Tổng chi phí sở hữu và chi phí hoạt động thấp hơn
• Giảm chi phí bảo trì 
• Ít tiếng ồn hơn

Một bài báo năm 2022 của Science Direct⁵ đã trình bày chi tiết hơn về một số lợi ích này. Làm mát ngâm chìm hiện tại vẫn là một công nghệ ngách vì có nhiều rào cản lớn đối với việc triển khai, bao gồm: 

• Chi phí vốn đầu tư cao cho cơ sở hạ tầng 
• Khó khăn trong việc cải tạo cho các trung tâm dữ liệu cũ
• Có thể cần phải thiết kế lại bố cục trung tâm dữ liệu 
• Sự khan hiếm chất lỏng làm mát & thiếu hụt nhân lực có kỹ năng cần thiết để lắp đặt và bảo trì thiết bị
• Chất lỏng đang được dùng cho làm mát hai pha hiện tại là độc hại và không thân thiện với môi trường

Mặc dù những thách thức này là rào cản lớn khiến phương pháp làm mát ngâm chìm khó mà phổ biến, nhưng hiện không có giải pháp thay thế rõ ràng nào khác có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng mà các trung tâm dữ liệu đang cần. 

Làm mát ngâm chìm đã là công nghệ hỗ trợ chủ chốt cho lĩnh vực đào coin và các dự án phát triển bền vững mới. Ngoài mức tiêu thụ điện năng tổng thể của trung tâm dữ liệu, có những yếu tố cụ thể đang thúc đẩy việc chuyển đổi nhanh sang hệ thống làm mát ngâm chìm.

Mật độ điện năng giá đỡ cao hơn - Khối lượng công việc từ AI tạo sinh, Học máy & Máy tính Hiệu năng Cao (HPC) đang thúc đẩy nhu cầu về hiệu suất tính toán dữ liệu. Điều này kéo theo nhu cầu về mật độ điện năng tủ rack cao hơn. Khi mật độ điện năng của tủ rack tăng, việc làm mát hiệu quả bằng không khí trở nên khó hơn. Các phương pháp dựa trên chất lỏng, mà chủ yếu là làm mát ngâm chìm, có thể sẽ trở thành giải pháp khả thi duy nhất.

Điện toán biên - Điện toán biên mang lại sức mạnh xử lý và tốc độ cao hơn cho ngày càng nhiều điểm cuối phân tán về mặt địa lý, bằng cách đặt năng lực này gần điểm tiêu thụ hơn. Đây là một thị trường được dự báo sẽ tăng gấp đôi quy mô trong giai đoạn từ năm 2023 đến 2028⁶.

Làm mát ngâm chìm có thể giúp giảm đáng kể không gian cần thiết cho trung tâm dữ liệu và tạo ra các trung tâm dữ liệu ít tiếng ồn hơn, đồng thời giảm tác động môi trường. Tất cả những yếu tố này là tiêu chí quan trọng để xây dựng các trung tâm dữ liệu nhỏ, cục bộ mà điện toán biên đòi hỏi.

Các trung tâm dữ liệu bền vững, xanh hơn – Công nghệ làm mát ngâm chìm có tiềm năng đóng vai trò chủ chốt trong việc giúp ngành trung tâm dữ liệu đạt mục tiêu phát thải ròng bằng không năm 2030, đồng thời cải thiện hiệu quả sử dụng nước cũng như giảm mức tiêu thụ điện.

Tôi muốn nghe thêm ý kiến khác về phương pháp làm mát ngâm chìm - hãy kết nối với tôi qua LinkedInvà tiếp tục trao đổi.