Làm mát trung tâm dữ liệu đang trở thành một chủ đề được quan tâm lớn khi nhu cầu xử lý dữ liệu ngày càng tăng mạnh, đặc biệt là với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI). Các giải pháp làm mát không chỉ dừng lại ở việc áp dụng công nghệ truyền thống mà còn mở ra những hướng đi mới với các vật liệu giao diện nhiệt tiên tiến, góp phần tản nhiệt hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Thách thức trong việc làm mát trung tâm dữ liệu hiện nay
Làm mát trung tâm dữ liệu là một chủ đề nóng gần đây khi khối lượng công việc AI gây áp lực lên tính toán và nhiều bộ xử lý và bộ nhớ hơn được đóng gói lại với nhau để theo kịp.
Nhưng các giải pháp làm mát không phải lúc nào cũng chỉ đơn thuần là áp dụng lạnh vào thiết bị nóng – đôi khi giải pháp là tản nhiệt. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas tại Austin có thể đã tìm ra một vật liệu giao diện nhiệt mới có thể thay đổi cách quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử, cho dù đó là chất bán dẫn nhỏ hay trung tâm dữ liệu lớn.
Vật liệu mới này có khả năng loại bỏ nhiệt một cách tự nhiên khỏi các thiết bị điện tử công suất cao, giảm hoặc thậm chí loại bỏ nhu cầu làm mát mở rộng, một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học và kỹ sư tại trường đại học phát hiện ra.
Vật liệu giao diện nhiệt mới: Kim loại lỏng và nitrua nhôm
Trong một cuộc phỏng vấn với EE Times, Guihua Yu, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí Walker và Viện Vật liệu Texas của Trường Cockrell, cho biết vật liệu này được làm từ hỗn hợp kim loại lỏng và nitrua nhôm, có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn nhiều so với vật liệu thương mại hiện tại. Điều này làm cho nó tối ưu cho làm mát. “Nó không phải là một công nghệ làm mát theo nghĩa là áp dụng một chất làm lạnh mới”, Yu nói. “Đó là về tản nhiệt.”
Nghiên cứu vật liệu được công bố trên Nature Nanotechnology, và nó là một phần của một nỗ lực lớn hơn để nhận ra tiềm năng của vật liệu giao diện nhiệt. Yu cho biết vật liệu mà các nhà nghiên cứu đã tạo ra có thể cho phép làm mát hiệu quả và bền vững cho các thiết bị hoạt động ở mức kilowatt và thậm chí công suất cao hơn.
Ông nói thêm rằng mức tiêu thụ điện năng của cơ sở hạ tầng làm mát cho các trung tâm dữ liệu tốn nhiều năng lượng và các hệ thống điện tử lớn khác đang tăng theo cấp số nhân và làm mát chiếm khoảng 40% lượng điện năng sử dụng của trung tâm dữ liệu (hoặc 8 terawatt-giờ hàng năm). Các nhà nghiên cứu ước tính rằng công nghệ của họ có thể giảm 13% yêu cầu làm mát đó và khả năng tản nhiệt cũng cho phép tăng đáng kể công suất xử lý.
Hiện tại, Yu cho biết, có một khoảng cách giữa mức độ làm mát mà các vật liệu này về mặt lý thuyết có thể đạt được và những gì chúng đã thực hiện trong các thử nghiệm thực tế. Ông cho biết vật liệu nhiệt mới có thể loại bỏ 2.760 W nhiệt từ một diện tích nhỏ 16 cm vuông, đồng thời cắt giảm năng lượng cần thiết cho bơm làm mát – một phần quan trọng của tổng thể giải pháp làm mát điện tử – tới 65%.
Tương lai của giải pháp làm mát trung tâm dữ liệu bền vững
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu làm mát mới bằng một quy trình đặc biệt gọi là cơ hóa học. Quá trình này giúp kim loại lỏng và nitrua nhôm trộn lẫn với nhau một cách rất được kiểm soát cùng với việc áp dụng lực cơ học để tạo ra các giao diện gradient, giúp nhiệt dễ dàng di chuyển qua chúng hơn.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu của họ trên các thiết bị quy mô phòng thí nghiệm nhỏ và đang trong quá trình mở rộng tổng hợp vật liệu và chuẩn bị mẫu để thử nghiệm với các đối tác trong trung tâm dữ liệu.
Yu cho biết nhóm các nhà khoa học và kỹ sư, có trọng tâm chính vào khoa học vật liệu, đã làm việc với loại “kim loại lỏng” này trong vài năm. “Kim loại lỏng rất độc đáo.” Ông nói rằng có nhiều ứng dụng thực tiễn, bao gồm cả pin sạc nhanh và các đặc tính dẫn điện của kim loại lỏng là những gì làm cho nó hữu ích cho việc tản nhiệt.
Thử thách đối với các nhà nghiên cứu là xem liệu vật liệu này có thể được sử dụng trong thế giới thực hay không với thực tế của các trung tâm dữ liệu ngày nay. Và vì kim loại lỏng rất lỏng, Yu nói, nó thường sẽ cần phải được kết hợp với các vật liệu tổng hợp khác nhau.
Bài báo nghiên cứu đã công bố phác thảo một nguyên mẫu mô phỏng những gì sẽ được yêu cầu trong một thiết lập trung tâm dữ liệu thực tế để chứng minh hiệu ứng làm mát. Yu cho biết mức giảm 65% là đáng kể và nghiên cứu đó đã chứng minh rằng nhóm có thể tạo ra vật liệu này tương đối có thể mở rộng.
Ông cho biết tính thực tiễn được thể hiện trong kết quả đã thu hút sự chú ý của ngành công nghiệp và nhóm nghiên cứu đang tìm cách thực hiện nhiều thử nghiệm hơn để xem liệu vật liệu này có thể được áp dụng rộng rãi hơn như thế nào.
Giữ nhiệt do điện toán sinh ra là một thách thức đang được giải quyết thông qua các phương pháp tiếp cận khác nhau, cả đối với trung tâm dữ liệu và điện thoại thông minh.
Ví dụ: XEMS đang áp dụng phương pháp tiếp cận thể rắn để làm mát với những gì họ gọi là “quạt trên chip” cho các thiết bị cực kỳ di động ngày càng chạy các ứng dụng đòi hỏi khắt khe hơn và khối lượng công việc AI. Lenovo gần đây đã công bố Neptune làm mát bằng chất lỏng thế hệ thứ sáu của mình để sử dụng trên toàn bộ danh mục ThinkSystem V3 và V4, sử dụng chất lỏng để loại bỏ nhiệt. ZutaCore đã chọn phương pháp chất lỏng điện không có nước cho công nghệ HyperCool của mình, thay vì sử dụng phương pháp chất lỏng đơn pha, trực tiếp vào chip.
Tham khảo thêm các thông tin thú vị với Insight, lựa chọn sản phẩm đo lường với TECOTEC và đừng quên tìm đến chúng tôi khi bạn cần các giải pháp cho doanh nghiệp của mình!
