GMORS

Mỗi khi chúng ta xem video trực tuyến, lưu trữ hình ảnh lên đám mây, mua sắm online hoặc gửi tin nhắn, các data center đều đang vận hành phía sau để xử lý và lưu trữ dữ liệu. Những cơ sở này chứa hàng nghìn máy chủ (server), phục vụ nhu cầu xử lý dữ liệu của cá nhân và doanh nghiệp trên toàn thế giới.

Trong quá trình hoạt động, toàn bộ các máy chủ này đều sinh nhiệt. Trước đây, data center chủ yếu sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí để loại bỏ nhiệt và duy trì trạng thái vận hành an toàn cho thiết bị.

Tuy nhiên, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ số tiếp tục tăng mạnh, các data center phải xử lý khối lượng tính toán ngày càng lớn. Xu hướng này càng tăng tốc với sự bùng nổ của AI và các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM), vốn đòi hỏi năng lực xử lý vượt xa nhiều tác vụ truyền thống.

Để đáp ứng yêu cầu hiệu suất đó, các máy chủ được trang bị những bộ vi xử lý mạnh hơn với mức tiêu thụ điện năng cao hơn. Phần lớn điện năng tiêu thụ cuối cùng sẽ chuyển hóa thành nhiệt trong quá trình vận hành.

Ngoài ra, các nhà vận hành data center cũng liên tục tăng mật độ tính toán trong cùng một rack máy chủ nhằm tối ưu không gian triển khai. Điều này khiến lượng nhiệt sinh ra tập trung trong phạm vi nhỏ hơn, khiến phương pháp làm mát bằng không khí ngày càng khó đáp ứng hiệu quả.

Đó là lý do vì sao làm mát bằng chất lỏng (liquid cooling) đang trở thành giải pháp ngày càng quan trọng đối với các data center hiện đại. Vậy liquid cooling trong data center là gì và hoạt động như thế nào?

Làm mát bằng chất lỏng trong Data Center là gì?

Làm mát bằng chất lỏng trong data center là phương pháp loại bỏ nhiệt khỏi máy chủ bằng cách sử dụng chất lỏng tuần hoàn thay cho việc chỉ dựa vào luồng khí.

Khi chất làm mát lưu thông trong hệ thống, nó hấp thụ nhiệt từ máy chủ và mang nhiệt ra khỏi thiết bị. Sau đó, chất làm mát được hạ nhiệt và tuần hoàn trở lại để tiếp tục chu trình làm mát.

So với không khí, chất lỏng có khả năng truyền và mang nhiệt hiệu quả hơn rất nhiều. Nhờ đó, data center có thể sử dụng các bộ xử lý hiệu suất cao hơn và triển khai nhiều máy chủ hơn trong cùng một rack.

Nói cách khác, liquid cooling cho phép data center tăng năng lực tính toán mà không cần mở rộng thêm diện tích vật lý.

Chính vì vậy, làm mát bằng chất lỏng đang ngày càng phổ biến trong các môi trường yêu cầu hiệu năng tính toán cao như: các trung tâm dữ liệu quy mô siêu lớn (Hyperscale data center), các cụm đào tạo AI (AI training cluster), các cơ sở tính toán hiệu năng cao (High-Performance Computing HPC), và các môi trường điện toán biên (Edge computing).

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu cách tản nhiệt chất lỏng (liquid cooling) hoạt động và các kiến trúc làm mát phổ biến hiện nay.

Liquid Cooling trong Data Center hoạt động như thế nào?

Các hệ thống liquid cooling trong data center hiện nay thường được chia thành hai nhóm chính: Tản nhiệt chất lỏng trực tiếp - Direct Liquid Cooling (DLC) và Tản nhiệt nhúng - Immersion Cooling.

Cả hai phương pháp đều có hiệu suất loại bỏ nhiệt cao hơn đáng kể so với làm mát bằng không khí, tuy nhiên chúng khác nhau ở cách chất làm mát tiếp xúc với thiết bị điện tử.

・Tản nhiệt chất lỏng trực tiếp - Direct Liquid Cooling (DLC)

Trong phương pháp Tản nhiệt chất lỏng trực tiếp, chất làm mát được bơm qua các đường ống đến các tấm ốp tản nhiệt (cold plates) được gắn trực tiếp vào các linh kiện tỏa nhiệt cao như CPU, GPU và các bộ tăng tốc AI. Mỗi tấm ốp tản nhiệt đều chứa các rãnh dẫn bên trong để chất làm mát chảy qua. Khi chất làm mát đi qua các rãnh này, nó sẽ hấp thụ nhiệt từ bộ vi xử lý. Chất làm mát đã bị làm nóng sau đó được đưa đến một bộ trao đổi nhiệt để loại bỏ nhiệt lượng, trước khi được tái tuần hoàn quay trở lại hệ thống.

Direct Liquid Cooling được chia thành hai loại:

DLC đơn pha (Single-Phase DLC)

Trong hệ thống single-phase DLC, chất làm mát luôn duy trì ở trạng thái lỏng trong toàn bộ chu trình làm mát. Nó hấp thụ nhiệt từ cold plate, đi qua bộ trao đổi nhiệt, sau đó được làm mát và tuần hoàn trở lại.

DLC hai pha (Two-Phase DLC)

Trong hệ thống two-phase DLC, chất làm mát sẽ bay hơi một phần khi hấp thụ nhiệt từ bộ xử lý. Phần hơi này sau đó được ngưng tụ trở lại thành chất lỏng và tuần hoàn về hệ thống.

Cơ chế chuyển pha này cho phép hệ thống loại bỏ lượng nhiệt rất lớn với hiệu suất cao.

・Tản nhiệt nhúng (Immersion Cooling)

Trong Immersion Cooling, toàn bộ máy chủ được đặt trong một bể chứa chất lỏng điện môi (dielectric fluid) chuyên dụng.

Dielectric fluid là loại chất lỏng không dẫn điện, cho phép tiếp xúc trực tiếp với linh kiện điện tử mà không gây chập mạch.

Khi bao quanh máy chủ, chất lỏng sẽ hấp thụ nhiệt từ toàn bộ linh kiện thay vì chỉ tập trung vào một số chip nhất định.

Immersion Cooling cũng được chia thành hai loại:

Nhúng đơn pha (Single-Phase Immersion)

Trong hệ thống single-phase immersion, dielectric fluid luôn duy trì ở trạng thái lỏng. Chất lỏng sau khi hấp thụ nhiệt sẽ được tuần hoàn qua bộ trao đổi nhiệt, làm mát và đưa trở lại bể chứa.

Nhúng hai pha (Two-Phase Immersion)

Trong hệ thống two-phase immersion, dielectric fluid được thiết kế để sôi ở nhiệt độ tương đối thấp.

Khi hấp thụ nhiệt từ linh kiện máy chủ, một phần chất lỏng sẽ chuyển thành hơi. Phần hơi này bay lên bộ ngưng tụ, được làm mát và chuyển trở lại thành chất lỏng.

Sau đó, chất lỏng quay trở lại bể chứa để tạo thành chu trình làm mát liên tục.

Vì sao làm kín (Sealing) đặc biệt quan trọng trong Hệ thống làm mát (Liquid Cooling)?

Liquid cooling giúp tăng hiệu quả tản nhiệt bằng cách đưa chất làm mát đến gần hơn với các linh kiện điện tử nhạy cảm. Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với việc bất kỳ sự rò rỉ nào cũng có thể gây nguy hiểm trực tiếp cho hệ thống CNTT có giá trị cao.

Ngay cả một rò rỉ nhỏ cũng có thể dẫn đến hư hỏng phần cứng, downtime hệ thống, nhiễm bẩn chất làm mát, và chi phí bảo trì cao。

Để ngăn chặn rò rỉ, các giải pháp sealing được sử dụng tại nhiều vị trí trong hệ thống như: tấm ốp tản nhiệt (Cold plate), khớp nối ngắt nhanh (Quick disconnect coupling), bộ phân phối (Manifold), máy bơm (Pump), bộ trao đổi nhiệt (Heat exchanger), và bể nhúng (Immersion tank).

Các seal này phải duy trì khả năng làm kín ổn định trong điều kiện vận hành liên tục。

Theo thời gian, vật liệu sealing sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức như:

• Tiếp xúc hóa chất từ hỗn hợp nước-glycol, môi chất lạnh hoặc dielectric fluid
• Biến đổi nhiệt độ khiến vật liệu bị cứng, co ngót hoặc mất tính đàn hồi
• Dao động áp suất gây ứng suất lặp lại lên bề mặt sealing
• Compression set (mất đàn hồi sau nén)
• Kiểm soát nhiễm bẩn do vật liệu sealing có thể giải phóng tạp chất ảnh hưởng đến hiệu suất chất làm mát

Vì vậy, cả thiết kế seal lẫn lựa chọn vật liệu đều đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với độ tin cậy lâu dài của hệ thống liquid cooling.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét các vị trí làm kín chính trong Hệ thống Tản nhiệt chất lỏng trực tiếp và Hệ thống Tản nhiệt nhúng, cùng với các giải pháp làm kín được sử dụng tại từng điểm.

 ▍Đọc thêm: Cẩm nang O-Ring: 9 Bí quyết chuyên nghiệp để lựa chọn giải pháp làm kín phù hợp

Giải pháp Làm kín cho các hệ thống tản nhiệt (Liquid Cooling)

Mỗi thành phần trong hệ thống liquid cooling đều có điều kiện vận hành khác nhau, kéo theo các yêu cầu riêng về hóa học, nhiệt độ và cơ học.

Để đảm bảo độ tin cậy lâu dài, vật liệu sealing cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện hoạt động tại từng vị trí.

Giải pháp Làm kín cho các hệ thống tản nhiệt trực tiếp - Direct Liquid Cooling (DLC)

Trong hệ thống tản nhiệt trực tiếp DLC điển hình, chất làm mát được dẫn từ Bộ phận phân phối làm mát (Cooling Distribution Unit CDU) qua các bộ phân phối (manifold) và ống mềm để đến các cold plate gắn trên bộ xử lý.

Các khớp nối ngắt nhanh (Quick disconnect coupling) cho phép kết nối hoặc tháo rời từng máy chủ mà không cần xả toàn bộ vòng tuần hoàn.

Gioăng/phớt cho tấm ốp tản nhiệt (Cold Plate Seals)

Các tấm ốp tản nhiệt được gắn trực tiếp trên các bộ vi xử lý như CPU và GPU. Bên trong tấm ốp tản nhiệt, chất làm mát chảy qua các rãnh hẹp để hấp thụ nhiệt từ chip.

Các gioăng/phớt được sử dụng trong tấm ốp tản nhiệt phải tương thích với các chất làm mát hỗn hợp nước-glycol, chẳng hạn như propylene glycol và nước (PG25). Chúng cũng cần có tỷ lệ chất chiết xuất thấp (low extractables) để giảm thiểu nguy cơ giải phóng các tạp chất có thể làm tắc nghẽn các rãnh dẫn siêu nhỏ (microchannels).

GMORS cung cấp các hợp chất EPDM được nghiên cứu công thức đặc biệt tối ưu hóa cho các hệ thống làm mát bằng nước. Những vật liệu này kết hợp khả năng kháng hóa chất xuất sắc với đặc tính chiết xuất thấp để giúp bảo vệ độ tinh khiết của chất làm mát.

Gioăng/phớt cho khớp nối ngắt nhanh (Quick Disconnect Coupling Seals)

Các khớp nối ngắt nhanh cho phép kết nối và tháo rời các máy chủ hoặc mô-đun làm mát mà không cần xả toàn bộ vòng tuần hoàn.

Sau khi được lắp đặt, các gioăng/phớt này sẽ chịu nén trong thời gian dài và phải tiếp tục duy trì hiệu suất làm kín đáng tin cậy, ngay cả sau nhiều chu kỳ kết nối lặp đi lặp lại và tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao.

GMORS sử dụng các vật liệu làm kín có khả năng giữ được độ đàn hồi theo thời gian, giúp các khớp nối ngắt nhanh duy trì lực làm kín ổn định và khả năng chống rò rỉ đáng tin cậy.

Gioăng/phớt cho bộ phân phối (Manifold Seals)

Bộ phân phối có nhiệm vụ điều phối chất làm mát từ đường ống cấp chính đến nhiều tấm ốp tản nhiệt hoặc máy chủ. Vì chúng chứa nhiều điểm kết nối, một vết rò rỉ tại bất kỳ vị trí làm kín đơn lẻ nào cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ vòng tuần hoàn làm mát.

Các gioăng/phớt trong bộ phân phối luôn ở trạng thái bị nén suốt quá trình vận hành và phải duy trì được lực làm kín bất chấp sự thay đổi liên tục của nhiệt độ và biến động áp suất。

GMORS sử dụng các hợp chất cao su có độ đàn hồi cao giúp giữ nguyên hình dạng và lực làm kín dưới áp lực nén lâu dài, giúp các gioăng/phớt của bộ phân phối đạt hiệu suất dài hạn đáng tin cậy.

Gioăng/phớt cho bộ CDU (Cooling Distribution Unit Seals)

Bộ phân phối làm mát (CDU) chứa các máy bơm, van và bộ trao đổi nhiệt để điều tiết lưu lượng, áp suất và nhiệt độ của chất làm mát。

Các gioăng/phớt sử dụng trong các linh kiện này phải đảm bảo khả năng kháng hóa chất đáng tin cậy và độ ổn định kích thước dưới điều kiện vận hành liên tục。

GMORS cung cấp các vòng đệm O-ring độ chính xác cao và các giải pháp làm kín tùy chỉnh được sản xuất với dung sai chặt chẽ nhằm hỗ trợ khả năng làm kín đáng tin cậy trong các linh kiện CDU quan trọng。

Giải pháp làm kín (Sealing) cho Hệ thống Tản nhiệt nhúng(Immersion Cooling)

Trong hệ thống Tản nhiệt nhúng (immersion cooling), máy chủ được đặt trong các bể kín chứa đầy chất lỏng điện môi (dielectric fluid).

Các gioăng/phớt bổ sung được sử dụng xung quanh nắp bể, lỗ xỏ dây cáp (cable feedthroughs), máy bơm và bộ trao đổi nhiệt để giữ chất lỏng và giữ cả hơi nước đối với một số hệ thống。

Gioăng đệm nắp bể (Tank Lid Gaskets)

Các bể nhúng được đổ đầy chất lỏng điện môi và được làm kín bằng các gioăng đệm lớn xung quanh nắp。

Các gioăng đệm này phải duy trì khả năng tương thích với chất lỏng và đảm bảo hiệu suất làm kín đáng tin cậy trên một diện tích bề mặt lớn。

GMORS cung cấp các vật liệu gioăng đệm tùy chỉnh được thiết kế để tiếp xúc lâu dài với chất lỏng điện môi。

Gioăng/phớt cho lỗ xỏ dây cáp (Cable Feedthrough Seals)

Cáp nguồn và cáp tín hiệu phải đi qua thành bể mà không được phép làm rò rỉ chất lỏng ra ngoài。

Các chi tiết làm kín này phải ôm khít xung quanh từng sợi cáp, đồng thời thích ứng được với sự giãn nở nhiệt và sự dịch chuyển。

GMORS phát triển các giải pháp làm kín đúc tùy chỉnh dành cho các cấu trúc hình học phức tạp của lỗ xỏ dây cáp。

Gioăng/phớt kiểm soát hơi và bao bọc chất lỏng (Fluid Containment and Vapor Control Seals)

Trong các hệ thống nhúng hai pha, chất lỏng điện môi được điều chế để sôi ở nhiệt độ tương đối thấp. Khi chất lỏng liên tục bay hơi và ngưng tụ, hệ thống làm kín phải giữ được cả thể lỏng lẫn thể hơi, đồng thời giảm thiểu tối đa sự thẩm thấu của chất lỏng。

Quá trình chuyển pha này cũng có thể tạo ra các xung áp suất bên trong hệ thống. Theo thời gian, những biến động áp suất này có thể khiến các gioăng/phớt liên tục giãn nở và co lại, làm tăng nguy cơ mỏi vật liệu và rò rỉ。

GMORS cung cấp các hợp chất làm kín trơ hóa học với độ thẩm thấu thấp, độ bền kéo cao và độ bền cơ học xuất sắc. Những vật liệu này giúp giảm hao hụt chất lỏng, duy trì áp suất hệ thống ổn định và chịu được các biến động áp suất lặp đi lặp lại do quá trình làm mát hai pha gây ra。

Gioăng/phớt cho máy bơm và bộ trao đổi nhiệt (Pump and Heat Exchanger Seals)

Máy bơm và bộ trao đổi nhiệt có nhiệm vụ tuần hoàn và làm mát chất lỏng điện môi。

Gioăng/phớt của các thiết bị này phải duy trì sự ổn định trong suốt thời gian dài tiếp xúc với các chất lỏng làm mát chuyên dụng。

GMORS cung cấp các hợp chất đàn hồi không chứa silicone giúp bảo vệ độ sạch của chất lỏng và giảm nguy cơ ô nhiễm trong các môi trường điện tử nhạy cảm。

Vì sao nên lựa chọn giải pháp Làm kín (Sealing) của GMORS?

Các hệ thống tản nhiệt chất lỏng (liquid cooling) phụ thuộc vào hàng loạt seal để giữ chất làm mát luôn được kín hoàn toàn trong toàn bộ hệ thống.

Để đảm bảo độ tin cậy lâu dài, vật liệu sealing phải duy trì sự ổn định khi tiếp xúc liên tục với: chất làm mát hỗn hợp nước-glycol (Water-glycol coolant), chất làm lạnh (Refrigerant), và chất lỏng điện môi (Dielectric fluid). 

GMORS chuyên cung cấp các giải pháp làm kín hiệu suất cao cho các trung tâm dữ liệu tản nhiệt chất lỏng và các hệ thống tính toán hiệu năng cao (HPC). Vật liệu và quy trình sản xuất của chúng tôi được thiết kế để hỗ trợ nhiều cấu trúc làm mát khác nhau, bao gồm các hệ thống Tản nhiệt chất lỏng trực tiếp (DLC) và Tản nhiệt nhúng đơn pha lẫn hai pha.

GMORS phát triển các giải pháp làm kín phù hợp với các tiêu chuẩn tản nhiệt chất lỏng và hướng dẫn thiết kế của Dự án Phần cứng Mở (Open Compute Project - OCP). Với chuyên môn sâu trong việc nghiên cứu công thức vật liệu và sản xuất chính xác, chúng tôi giúp khách hàng đạt được hiệu suất làm kín lâu dài, đáng tin cậy cho thế hệ cơ sở hạ tầng AI và GPU tiếp theo.

Liên hệ với chúng tôi để thảo luận về các giải pháp làm kín cho ứng dụng tản nhiệt chất lỏng của bạn.

 ▍Đọc thêm: 5 Nguyên tắc cốt lõi khi chọn vật liệu O-Ring: Cẩm nang lựa chọn không thể bỏ qua