Hiện nay, quá trình phát triển không ngừng của trí tuệ nhân tạo (AI) đã tạo ra một cuộc cách mạng vô cùng lớn về hạ tầng điện toán trên toàn cầu. Tại Việt Nam, các trung tâm trí tuệ nhân tạo (Data Center - DC) đang được gấp rút lên kế hoạch xây dựng để góp phần phát triển các mô hình AI tổng hợp, học máy hay các nền tảng phân tích dữ liệu lớn. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng của các trung tâm dữ liệu phục vụ cho AI sẽ khác hoàn toàn so với các trung tâm dữ liệu truyền thống do chúng có mật độ công suất làm việc cực cao và phát ra lượng nhiệt vô cùng lớn. Vấn đề này đang được các kỹ sư không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới gấp rút tìm ra các phương án giải quyết. Bài viết này sẽ phân tích giải pháp làm mát bằng chất lỏng cho các tủ rack có mật độ cao trong trung tâm dữ liệu AI.

Các thách thức của trung tâm dữ liệu AI trong kỷ nguyên mới

Tổng quan về hệ thống trung tâm dữ liệu AI hiện nay, các máy chủ trong trung tâm thường sẽ được trang bị thêm chuỗi chip tăng tốc đồ họa (GPU) công suất cao, một số loại chip điển hình có thể kể đến như NVIDIA H10, B200 hoặc các dòng chip gia tốc chuyên dụng. Các máy chủ này sẽ được nén chặt trong một tủ rack nhằm tối ưu hóa độ trễ truyền dữ liệu giữa các linh kiện. Chính điều này đã tạo ra sự khác biệt về công suất tiêu thụ giữa tủ rack AI truyền thống và hiện đại với mức tăng từ 5-10kW cho tới 40-100kW.

Mức độ tiêu thụ năng lượng khổng lồ này cũng đồng thời tăng thêm nhiệt lượng cho các máy chủ, điều này làm cho các kỹ sư cần phát triển một hệ thống làm mát mới khi hệ thống làm mát bằng không khí đã không còn đáp ứng được. Trước khi nghĩ đến các giải pháp mới, người ta thường nghĩ đến việc điều chỉnh công suất gió lên mức tối đa cho hệ thống truyền thống. Tuy nhiên, điều này được xem là không khả thi khi nó sẽ phải đối mặt với nhiều tác động tiêu cực như nguy cơ quá nhiệt, tụt giảm hiệu năng chip hay thậm chí là cháy nổ linh kiện. Tất cả những lý do này tạo ra một động lực mạnh mẽ để các chủ đầu tư phát triển một hệ thống làm mát bằng chất lỏng mới, phù hợp với môi trường tại Việt Nam.

Tính khả thi của giải pháp làm mát bằng chất lỏng cho trung tâm dữ liệu AI

So với phương pháp làm mát truyền thống, công nghệ làm mát bằng chất lỏng thường tận dụng lợi thế về nhiệt dung riêng cao của chất lỏng để hấp thụ và dẫn nhiệt ra khỏi hệ thống. Trong đó, phương pháp làm mát trực tiếp với chip và làm mát ngâm chìm hiện nay đang được xem là hai phương án kiến trúc chính để triển khai cho các rack có mật độ cao.

Đối với phương án làm mát trực tiếp với chip, đây được xem là một phương pháp vô cùng hiệu quả do hệ thống này có thể loại bỏ từ 70-80% lượng nhiệt phát ra tại nguồn mà không làm thay đổi cấu trúc thiết kế rack truyền thống. Điều tạo nên sự hiệu quả là do chất lỏng trong hệ thống được dẫn qua các đường ống siêu nhỏ, chạy trực tiếp vào tấm tản nhiệt đặt tại GPU và CPU.

Đối với phương pháp làm mát bằng cách ngâm chìm, toàn bộ máy chủ trong trung tâm dữ liệu AI sẽ được ngâm hoàn toàn trong một bể chứa dung dịch chất lỏng cách điện chuyên dụng. Từ đó, chất lỏng sẽ được tiếp xúc trực tiếp với các linh kiện trong hệ thống, chúng sẽ hấp thụ nhiệt, từ đó tự đối lưu hoặc được bơm thông qua bộ trao đổi nhiệt bên ngoài. Giải pháp này thường được khuyến nghị sử dụng cho các máy chủ các rack công suất từ 100kW trở lên, từ đó sẽ mang lại hiệu quả tản nhiệt tuyệt đối và loại bỏ dần đi hệ thống quạt gió.

Bài toán tối ưu chỉ số hiệu quả sử dụng điện và cơ hội phát triển tại Việt Nam

Đối với các trung tâm dữ liệu hiện nay, chỉ số hiệu quả sử dụng điện được xem là một trong những thước đo hàng đầu để đánh giá độ xanh và chi phí vận hành của chúng. Đối với các hệ thống dùng quạt gió truyền thống, chỉ số này thường dao động từ 1.5 đến 1.8, cụ thể là khi trung tâm dữ liệu tiêu thụ 1 kW cho hệ thống máy chủ thì chúng cũng cần tiêu tốn thêm 0.5-0.8 kW công suất cho hệ thống làm mát. Trong khi đó, đối với các hệ thống tản nhiệt sử dụng chất lỏng, chỉ số hiệu quả sử dụng này thường sẽ giảm xuống mức từ 1.05-1.15, nghĩa là công suất cho hệ thống tản nhiệt cũng được giảm đáng kể. Điều này được xem là một sự cải thiện đáng kể, góp phần làm giảm áp lực đối với cơ sở hạ tầng lưới điện tại Việt Nam. Trong suốt nhiều năm, chính phủ Việt Nam đang đặt ra nhiều mục tiêu khắt khe về phát triển bền vững, cam kết phát thải dòng bằng 0 cho hệ thống năng lượng. Chính vì vậy, một trung tâm dữ liệu AI khi chứng minh được việc tiết kiệm năng lượng sẽ góp phần làm các chủ doanh nghiệp vận hành tối ưu được chi phí đầu tư, đồng thời cũng sẽ được dễ dàng chấp thuận hơn trong quá trình xin cấp phép xây dựng. Bên cạnh các lợi ích vượt trội, việc triển khai hệ thống làm mát bằng chất lỏng cho các trung tâm dữ liệu AI cũng đang đối mặt với nhiều thách thức như các rào cản về mặt kỹ thuật hay chi phí đầu tư ban đầu. 

Kết luận chung

Hiện nay, việc phát triển cơ sở hạ tầng phục vụ cho trung tâm dữ liệu được xem là một nhiệm vụ quan trọng của Việt Nam. Đồng thời, việc phát triển các trung tâm điện toán mật độ cao cũng thúc đẩy việc chuyển giao xây dựng hệ thống làm mát bằng chất lỏng từ một kế hoạch mang tính thử nghiệm trở thành một nhiệm vụ bắt buộc. Điều này đòi hỏi các kỹ sư, đơn vị phát triển tại Việt Nam phải chủ động nghiên cứu, chuyển đổi để làm chủ công nghệ làm mát bằng chất lỏng, nhằm giải quyết các bài toán phát triển cơ sở hạ tầng phụ trợ để giữ lợi thế tiên phong trong thời đại mới.