1. Hệ thống tản nhiệt nước là gì?

Tản nhiệt nước (Water Cooling) là một hệ thống làm mát sử dụng chất lỏng (thường sử dụng hỗn hợp chất lỏng đặc biệt hoặc nước cất) để làm mát cho các linh kiện điện tử bên trong hệ thống máy tính, máy chủ, đặc biệt là các linh kiện điện tử có khả năng sinh nhiệt cao như: CPU và GPU. Trong cuộc sống, chúng ta thường ít thấy sự xuất hiện của tản nhiệt nước, thay vào đó chúng ta chỉ thấy sự xuất hiện của tản nhiệt khí truyền thống. Nếu như tản nhiệt khí truyền thống sử dụng gió để làm mát các linh kiện thì tản nhiệt nước lại kết hợp cả gió và nước để làm mát cho linh kiện. Việc kết hợp cả hai phương thức đã giúp hệ thống tản nhiệt nước Water Cooling mang đến hiệu quả ấn tượng.

Như chúng ta đã biết, nước có tính dẫn nhiệt tốt hơn khoảng 30 lần so với không khí và đây cũng chính là lời giải cho lý do tại sao các hệ thống tản nhiệt nước đang dần được ưa chuộng hơn. Nếu như tản nhiệt khí thông thường chỉ sử dụng các ống đồng heatpipe để dẫn nhiệt đến các lá nhôm và sử dụng quạt thổi qua các lá nhôm đối lưu làm mát thì hệ thống tản nhiệt nước lại phức tạp hơn đáng kể. Một bộ tản nhiệt nước dành cho máy tính bao gồm 04 linh kiện: Block, Rad tản nhiệt, Máy bơm, Quạt làm mát. Trong đó Block tản nhiệt sẽ được tiếp xúc trực tiếp với các linh kiện cần làm mát và dòng nước sẽ được máy bơm đưa qua Block để hấp thụ lượng nhiệt từ các linh kiện. Dòng nước hấp thụ nhiệt độ nóng sẽ được đưa về Rad tản nhiệt và nơi đây quạt sẽ tiến hành thổi gió làm mát cho nước tản nhiệt. Nước tản nhiệt sau khi đã được làm mát sẽ trở về bình chứa và tiếp tục đến bơm để thực hiện một vòng lặp mới.

2. Vì sao máy chủ Data Center cần tản nhiệt nước ?

Như những phân tích phía trên, chúng ta thấy được rằng hệ thống tản nhiệt nước (Water Cooling) có hiệu suất làm mát ấn tượng. Đặc biệt, những hệ thống cần sự ổn định để hoạt động như Data Center luôn ưu tiên nhiệt độ. Các linh kiện điện tử muốn bền bỉ thì phải được hoạt động trong môi trường nhiệt độ lý tưởng. Một hệ thống máy chủ Data Center thường có rất nhiều thiết bị hoạt động chuyển đổi năng lượng thành nhiệt độ. Việc nhiệt độ tăng cao trong các hệ thống Data Center là điều mà không bất cứ chủ đầu tư nào vui vẻ. Các vấn đề của Data Center thường gặp phải khi nhiệt độ tăng cao có thể kể đến như:

• Máy chủ, các bộ xử lý, linh kiện hoạt động không ổn định, gặp sự cố và giảm tuổi thọ…
• Nhiệt độ trong Data Center tăng cao làm tăng sự cọ sát, ảnh hưởng vật lý đến các linh kiện, bộ phận khác nhau trong thiết bị điện tử. Điều này chính là nguyên nhân khiến các linh kiện bị giảm tuổi thọ.
• Giảm hiệu suất hoạt động, tăng tải và giảm tốc độ truy xuất dữ liệu của các thiết bị điện tử.
• Nhiệt độ tăng cao khiến Data Center tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để duy trì hoạt động, tăng chi phí vận hành cũng như ảnh hưởng đến môi trường.
• Làm tăng nhiệt độ môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến các bộ máy khác bên cạnh.

Hệ thống tản nhiệt nước trong Data Center sẽ sử dụng nước để làm mát các máy chủ, thiết bị trong Data Center. Nước sẽ được đưa qua các linh kiện tỏa nhiệt cao để hấp thụ nhiệt độ và đi đến các bộ làm mát nước chuyên dụng để đạt được nhiệt độ lý tưởng trước khi quay trở lại làm mát cho các linh kiện điện tử. Một vòng lặp tuần hoàn được chạy liên tục 24/24h để đáp ứng nhiệt độ lý tưởng cho Data Center.

Không chỉ dừng lại ở đó, các hệ thống tản nhiệt nước còn có độ ồn thấp hơn so với các hệ thống tản nhiệt khí. Đây cũng là một ưu điểm nhỏ giúp cho Water Cooling được yêu thích trong các hệ thống Data Center trong những năm trở lại đây.

Tuy nhiên, hệ thống tản nhiệt nào cũng luôn tồn tại song song ưu điểm và nhược điểm. Nếu như tản nhiệt nước mang lại hiệu quả làm việc ấn tượng, độ ồn thấp thì chúng lại gặp phải vấn đề trong bảo trì. Việc bảo trì, sửa chữa, lắp đặt hệ thống tản nhiệt nước trong các máy chủ Data Center phức tạp hơn nhiều so với tản nhiệt khí. 

Hệ thống tản nhiệt nước Data Center được đề cập trong bài viết là hệ thống tản nhiệt nước tuần hoàn, ngoài ra còn hệ thống tản nhiệt nước không tuần hoàn (không thu hồi nước sau khi làm mát).

3. Hệ thống tản nhiệt có thực sự tốt cho các Trung tâm dữ liệu Data Center hay không?

Câu trả lời là “Có”, chúng ta có thể thấy rõ nhất thông qua các công ty cung cấp dịch vụ trung tâm dữ liệu lớn trên toàn cầu. Hiện nay, những công ty lớn đang dần thực hiện việc “ngâm” trung tâm dữ liệu dưới đáy biển để tận dụng nguồn nước sẵn có làm mát cho các trung tâm dữ liệu Data Center. Các thông tin chúng ta có thể thấy như:

• Google năm 2022 đã tiêu thụ 21.2 tỷ lít nước (~19.6 tỷ lít dành cho Data Center) để làm mát cho các trung tâm dữ liệu. Theo dữ liệu tính toán, khi công nghệ AI ngày càng phát triển thì gã khổng lồ Google lại càng tiêu thụ nhiều nước hơn để làm mát cho các trung tâm dữ liệu khổng lồ của mình.
• Việc huấn luyện ChatGPT-3 tiêu thụ đến 840.000 lít nước tại trường Đại học California Riverside và Đại học Texas Arlington.
• Meta (nhà phát triển Facebook, Instagram) tiêu thụ khoảng 5 tỷ lít nước vào năm 2021.
• Microsoft “thất bại” với hệ thống tản nhiệt khí Data Center tại Arizona. Theo Microsoft thì họ sẽ không sử dụng nước, thay vào đó sử dụng công nghệ làm mát đoạn nhiệt dựa theo khí trời. Tuy nhiên công nghệ này chỉ khả dụng khi nhiệt độ dưới mức 29 độ C. Việc này đã khiến Microsoft nhận thất bại đắng cay khi mùa hè tại thành phố Phoenix có thể đạt tới 45 độ C.

Chúng ta có thể thấy rõ ràng các trung tâm dữ liệu hiện nay đang dần được đưa xuống đáy biển để có thể làm mát một cách hiệu quả. Bên cạnh đó, các công ty làm mát luôn cung cấp thêm các sản phẩm, giải pháp làm mát bằng nước mới nhằm khắc phục các nhược điểm của hệ thống tản nhiệt nước trước đó. Với những sự cố gắng không ngừng của công nghệ, tản nhiệt nước ngày càng thể hiện rõ sự vượt trội trong các trung tâm dữ liệu Data Center.

Nguồn: Tổng hợp.