Khi nhu cầu về máy chủ và hạ tầng CNTT không ngừng tăng lên, một trong những thách thức chính là làm mát máy chủ và môi trường trung tâm dữ liệu. Làm mát trung tâm dữ liệu hiệu quả giúp cải thiện hiệu năng máy chủ và nâng cao toàn bộ quy trình vận hành. Vì lý do này, nhiều phương pháp làm mát khác nhau đã được phát triển qua nhiều năm.
Vì sao làm mát trung tâm dữ liệu lại quan trọng?
Trung tâm dữ liệu chứa một số lượng lớn máy chủ phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Điểm chung của các máy chủ này là khối lượng công việc nặng, khiến bộ xử lý và chip của chúng sinh ra một lượng nhiệt đáng kể.
Để hiểu rõ hơn, hãy nghĩ đến chiếc laptop hoặc máy tính cá nhân của bạn. Khi máy phải xử lý vượt quá khối lượng công việc thông thường, hãy để ý xem quạt hệ thống hoạt động mạnh đến mức nào và thiết bị nóng lên ra sao.
Vì máy chủ thường được ví như những siêu máy tính, chúng cũng sinh ra rất nhiều nhiệt. Nếu lượng nhiệt này không được giải tỏa, hiệu năng máy chủ sẽ dần suy giảm và máy chủ sẽ không còn hoạt động hiệu quả như trước. Do đó, một môi trường như trung tâm dữ liệu, nơi đặt nhiều máy chủ, cũng phải có hệ thống làm mát phù hợp.
Ngày nay, hệ thống làm mát đã trở thành một trong những tiêu chí chính mà doanh nghiệp cân nhắc khi lựa chọn trung tâm dữ liệu. Với tầm quan trọng của hệ thống làm mát đối với hiệu năng máy chủ, nhiều phương pháp làm mát đã được phát triển cho trung tâm dữ liệu. Một số phương pháp đã chứng tỏ tính thực tiễn, trong khi số khác thì không. Tuy nhiên, có một điều rõ ràng: khi việc sử dụng máy chủ ngày càng gia tăng theo thời gian, nhu cầu về các công nghệ làm mát mới cũng tăng theo.
Các phương pháp làm mát trung tâm dữ liệu
Có nhiều phương pháp làm mát trung tâm dữ liệu, và chúng ta sẽ cùng tìm hiểu trong phần này.
Làm mát bằng không khí
Phương pháp làm mát này sử dụng quạt, hệ thống điều hòa không khí, lỗ thông gió và các thiết bị khác để tạo luồng không khí. Làm mát bằng không khí loại bỏ không khí nóng sinh ra bên trong trung tâm dữ liệu và thay thế bằng không khí mát, trong lành. Đây là một trong những phương pháp làm mát phổ biến nhất và được áp dụng tại nhiều trung tâm dữ liệu.
Trước đây, làm mát bằng không khí đã đủ đáp ứng nhiều yêu cầu. Tuy nhiên, ngày nay khối lượng công việc đã tăng lên cả về quy mô lẫn cường độ, nghĩa là phương pháp này có thể không còn phù hợp hoặc đủ hiệu quả cho mọi trung tâm dữ liệu.
Làm mát bằng không khí thường được sử dụng cho các rack có mật độ công suất dưới 20 kW.
Làm mát bằng chất lỏng
Trong phương pháp làm mát bằng chất lỏng trực tiếp, chất làm mát được dẫn qua một mạng lưới đường ống đến các linh kiện sinh nhiệt như CPU và GPU. Khi chất lỏng đi qua các bộ phận như tấm làm lạnh (cold plate), nó sẽ hấp thụ nhiệt. Sau khi nóng lên, chất lỏng quay trở lại vòng tuần hoàn làm mát để được làm nguội và tiếp tục lưu thông.
Trong phương pháp này, chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với chip hoặc các bộ phận tản nhiệt của chúng, nhưng toàn bộ máy chủ không bị ngâm trong chất lỏng.
Làm mát bằng phương pháp ngâm
Trong phương pháp này, toàn bộ máy chủ được ngâm trong chất lỏng. Bạn có thể nghĩ rằng việc này sẽ làm hỏng máy chủ trong khi giải nhiệt, nhưng thực tế không phải vậy. Với làm mát bằng phương pháp ngâm, máy chủ được đặt trong chất lỏng không dẫn điện, nên các linh kiện không bị hư hại.
Chất lỏng hấp thụ lượng nhiệt sinh ra và ngăn máy chủ bị quá nhiệt. Phương pháp này hiệu quả đến mức các thiết bị có mật độ cực cao có thể được triển khai tại những cơ sở vốn được thiết kế cho mật độ công suất thấp hoặc trung bình.
Làm mát bằng phương pháp ngâm có thể được sử dụng cho hầu như mọi loại máy chủ và khối lượng công việc.
Làm mát bằng bay hơi
Vì chỉ riêng làm mát bằng không khí không còn đáp ứng được yêu cầu của nhiều trung tâm dữ liệu, trong khi việc thay thế toàn bộ hệ thống làm mát có thể cực kỳ tốn kém, làm mát bằng bay hơi có thể là lựa chọn tốt nhất cho những cơ sở này.
Quạt đưa không khí bên ngoài vào trung tâm dữ liệu để làm mát. Trước khi luồng không khí này đến được thiết bị, quá trình bay hơi nước sẽ hấp thụ nhiệt và làm giảm nhiệt độ của nó.
Làm mát tự nhiên (Free Cooling)
Làm mát tự nhiên là phương pháp tận dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có để hạ nhiệt độ trung tâm dữ liệu khi điều kiện môi trường phù hợp, giúp giảm nhu cầu vận hành liên tục các thiết bị làm mát thông thường. Trong phương pháp này, không khí bên ngoài hoặc các nguồn nước mát tự nhiên có thể đóng vai trò quan trọng trong việc truyền nhiệt.
Các công nghệ như bộ tiết kiệm năng lượng (economizer), làm mát gián tiếp phía không khí, bánh xe trao đổi nhiệt và bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể được sử dụng để triển khai hệ thống làm mát này.
Việc có thể áp dụng phương pháp này hay không phụ thuộc vào khí hậu và vi khí hậu tại vị trí đặt trung tâm dữ liệu. Vì vậy, điều kiện môi trường của địa điểm cần được đánh giá kỹ lưỡng trước khi lựa chọn. Khi điều kiện phù hợp, làm mát tự nhiên có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các trung tâm dữ liệu phục vụ những khối lượng công việc đòi hỏi cao như AI và điện toán hiệu năng cao (HPC).
Deploy Your VPS in Leading Data Centers
Choose from multiple global locations and launch a powerful virtual server with high-speed connectivity, reliable infrastructure, and flexible resources.
Xu hướng và tương lai của làm mát trung tâm dữ liệu
Một trong những yếu tố quan trọng nhất trong làm mát trung tâm dữ liệu là giảm thiểu tác động đến môi trường. Một số phương pháp làm mát hiện có đã chứng tỏ hiệu quả và có thể tiếp tục được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, những phương pháp có khả năng trở nên phổ biến hơn trong tương lai sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn cho môi trường và cách quản lý nhiệt thải hiệu quả hơn. Bao gồm:
- Làm mát thích ứng: Trong phương pháp này, trí tuệ nhân tạo điều chỉnh mức làm mát dựa trên tình trạng và khối lượng công việc hiện tại của máy chủ. Nhờ đó tránh được việc làm mát quá mức và tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
- Trung tâm dữ liệu biên (Edge): Việc sử dụng ngày càng nhiều trung tâm dữ liệu biên cho phép xử lý dữ liệu gần người dùng hơn. Các cơ sở này có thể áp dụng những phương pháp làm mát mới hơn, phù hợp với điều kiện cụ thể của mình.
- Năng lượng bền vững: Sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió kết hợp với pin và hệ thống lưu trữ năng lượng có thể giúp trung tâm dữ liệu giảm mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon.
Những trung tâm dữ liệu lớn nào sử dụng làm mát bằng chất lỏng?
Các nhà vận hành trung tâm dữ liệu lớn như Google, Amazon và Hetzner đã dựa vào làm mát bằng không khí trong nhiều năm. Hệ thống làm mát của họ không thay đổi đáng kể trong giai đoạn này, dù một số đơn vị cũng đã áp dụng thêm làm mát bằng bay hơi. Tuy nhiên, do các hệ thống này có thể tốn kém khi lắp đặt và có thể gây ra lo ngại về môi trường, đặc biệt là về lượng nước tiêu thụ và việc trả nước lại môi trường tự nhiên, nên chúng không được sử dụng ở mọi nơi.
Hiện nay, không có nhiều dữ liệu hoặc thông tin chi tiết về các phương pháp làm mát được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu AI. Tuy nhiên, hạ tầng hỗ trợ các nền tảng như OpenAI, Claude và Gemini chắc chắn phải sử dụng công nghệ làm mát bằng chất lỏng, ít nhất là đối với các máy chủ xử lý những khối lượng công việc cực kỳ nặng.
Năm 2018, Microsoft cũng đã đặt một trung tâm dữ liệu kín có kích thước bằng một container dưới đáy biển để thử nghiệm ý tưởng xây dựng trung tâm dữ liệu dưới nước. Vì nước biển có tính dẫn điện, thiết bị máy chủ không tiếp xúc trực tiếp với nước mà được bảo vệ bên trong một vỏ bọc kín nước. Nhiệt độ tương đối thấp và ổn định của nước biển xung quanh đã giúp làm mát các máy chủ.
Các máy chủ này đã hoạt động dưới nước trong khoảng hai năm. Mặc dù dự án có tiềm năng đáng kể trong việc giảm chi phí xây dựng và làm mát máy chủ, kể từ đó chưa có công ty hay nhà vận hành trung tâm dữ liệu nào áp dụng cách tiếp cận này trên quy mô lớn.
Việc xây dựng trung tâm dữ liệu dưới nước có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật biển và có thể làm xáo trộn hệ sinh thái dưới nước về lâu dài.
Kết luận: Làm mát thích ứng giúp cải thiện hiệu quả trung tâm dữ liệu như thế nào?
Làm mát thích ứng sử dụng trí tuệ nhân tạo và dữ liệu thời gian thực để liên tục điều chỉnh mức làm mát dựa trên khối lượng công việc của máy chủ và điều kiện môi trường. Bằng cách chỉ cung cấp khả năng làm mát ở đúng nơi và đúng lúc cần thiết, phương pháp này có thể ngăn chặn việc làm mát quá mức, giảm tiêu thụ năng lượng và nâng cao hiệu quả tổng thể của trung tâm dữ liệu.
Câu hỏi thường gặp
1. Có thể sử dụng làm mát bằng phương pháp ngâm cho mọi loại máy chủ không?
Làm mát bằng phương pháp ngâm có thể được sử dụng cho nhiều loại máy chủ và khối lượng công việc, nhưng không phải phần cứng máy chủ nào cũng mặc nhiên tương thích với phương pháp này. Các linh kiện phải phù hợp để ngâm trong chất làm mát điện môi không dẫn điện, đồng thời cần cân nhắc các yếu tố như khả năng tương thích phần cứng, yêu cầu bảo trì và thiết kế cơ sở.
2. Làm mát bằng chất lỏng có tiêu thụ ít năng lượng hơn làm mát bằng không khí không?
Trong nhiều trường hợp, làm mát bằng chất lỏng có thể tiêu thụ ít năng lượng hơn làm mát bằng không khí vì chất lỏng truyền nhiệt hiệu quả hơn không khí. Điều này có nghĩa là hệ thống làm mát có thể cần ít năng lượng hơn để giải nhiệt cho các máy chủ mật độ cao. Tuy nhiên, mức tiết kiệm năng lượng thực tế phụ thuộc vào thiết kế hệ thống làm mát, khối lượng công việc của máy chủ và hạ tầng trung tâm dữ liệu.
