Việc làm mát thiết bị CNTT bằng luồng không khí (có thể được làm lạnh) là một phương thức cực kỳ phổ biến mà chúng ta có thể bắt gặp ngay cả ở những sản phẩm phổ thông nhất như máy vi tính cá nhân, thể hiện ở các khe hút khí và quạt gắn với CPU hay bộ cấp nguồn dùng để liên tục luân chuyển luồng không khí trong phòng hay luồng khí mát từ điều hòa qua các linh kiện bên trong máy tính để làm nguội các linh kiện dễ sinh nhiệt, đặc biệt là CPU, ổ cứng. Với một số thiết bị đặc thù, người ta có thể tính đến chuyện làm mát bằng cách bơm chất lỏng lạnh qua các ống kim loại gắn sát linh kiện để giúp hạ nhiệt. Trong khi đó, hãng công nghệ Nhật Bản – Fujitsu – lại đưa ra một phương thức làm mát đột phá bằng cách nhúng toàn bộ các thiết bị vào trong bể chất lỏng để làm mát.

Những ưu nhược điểm của công nghệ làm mát truyền thống cho thiết bị CNTT

Làm mát bằng luồng không khí (air cooling) là một phương thức “kinh điển” khi người ta muốn giải quyết bài toán kiểm soát nhiệt độ của các linh kiện trong máy chủ, tủ đĩa, thiết bị chuyển mạch, tường lửa,... Đây là phương thức truyền thống, và nếu xét riêng từng thiết bị thì chi phí rất thấp, chỉ cần bố trí các quạt hút và các lỗ thoáng khí ở mặt trước và sau của thiết bị làm sao để quạt có thể hút và luân chuyển liên tục luồng không khí chạy qua thiết bị để đẩy nhiệt sinh ra do linh kiện hoạt động ra ngoài. Để đạt hiệu quả tối đa, nhất là trong các TTDL với số lượng máy rất lớn, tất nhiên cần đầu tư thêm hệ thống điều hòa chính xác và các tủ rack được sắp xếp khoa học nhằm giúp cho thiết bị nhận được tối đa các luồng không khí mát và đẩy đi tối đa luồng không khí nóng. Làm mát bằng không khí dựa trên cơ chế đơn giản, nhưng khi hoạt động thì khá “ồn ào” bởi tiếng động cơ của quạt hút.

Bộ phận quan trọng nhất và sinh nhiệt nhiều nhất của máy tính là bộ vi xử lý (CPU). Với các siêu máy chủ như SPARC (dùng chíp SPARC), PRIMEQUEST (dùng chíp Intel® Xeon® Platinum), hay các hệ thống tính toán song song liên kết giữa vô số các máy chủ node (như PRIMERGY CX của Fujitsu với các dòng chíp Cascade Lake thuộc thế hệ kế thừa của Skylake), CPU chịu trách nhiệm tính toán trọng yếu và chịu tải xử lý cực lớn, đôi khi máy chủ sẽ được thiết kế đặc biệt để làm mát CPU bằng chất lỏng (liquid cooling). Công nghệ làm mát bằng chất lỏng khá đắt tiền khi phải xây dựng các TTDL đặc biệt, bố trí hệ thống bể chứa và bơm nhiệt, hệ thống đường ống dẫn và các bộ chia cút nối tương thích với từng thiết bị. Nhưng bù lại, hiệu quả khử nhiệt trên thiết bị rất cao, giảm thiểu tiếng ồn khi hoạt động, bảo đảm độ bền thiết bị.

Công nghệ làm mát nhúng thương hiệu Nhật Bản của hãng Fujitsu

Đầu tiên, phải nhắc lại rằng các máy chủ PRIMERGY của Fujitsu đa số vẫn sử dụng công nghệ làm mát truyền thống bao gồm làm mát bằng luồng khí và làm mát bằng chất lỏng, nhưng với thiết kế thông minh với lỗ thông khí hình tổ ong và kiểm soát thông qua công nghệ Cool-safe® Advanced Thermal Design, hiệu quả làm mát thiết bị được tối ưu và giảm thiểu được tiếng ồn, kể cả với các máy cỡ lớn chạy nhiều CPU như RX4770, máy chủ phiến, hay máy chủ siêu ứng dụng PRIMEQUEST.

Tuy nhiên, khi nhận thấy lượng dữ liệu và ứng dụng của con người ngày càng sinh sôi nảy nở theo cấp số mũ và vấn đề làm mát cho TTDL ngày càng trở thành một bài toán khó giải, bằng những nỗ lực R&D của mình, Fujitsu đã thành công đưa ra thị trường một công nghệ làm mát đột phá và hoàn toàn khác biệt so với những phương thức truyền thống, đó chính là công nghệ làm mát nhúng (Immersion cooling).

Một bộ làm mát nhúng bao gồm bể chứa (có thể xếp chồng lên nhau bằng khung rack, bảo đảm kích thước chuẩn trong TTDL, hệ thống phân phối nhiệt gồm bơm tuần hoàn, các thiết bị giám sát nhiệt độ chất lỏng làm mát, bộ trao đổi nhiệt. Trong bể chứa được đổ đầy một loại chất lỏng trơ và không dẫn điện, do đó toàn bộ máy chủ (bao gồm cả các linh kiện như CPU, ổ cứng, card mạng, cáp cắm nguồn hay cáp mạng, ...) có thể được nhúng chìm trong chất lỏng, bảo đảm chất lỏng sẽ tiếp xúc được với toàn bộ các linh kiện của các máy chủ hay các khung thiết bị lưu trữ nhúng trong bể. Nguồn nhiệt sinh ra từ linh kiện đang hoạt động được hấp thu vào trong chất lỏng trơ nói trên, đẩy sang bộ trao đổi nhiệt, được làm lạnh trở lại trong các tháp nhiệt hoặc bơm nhiệt (tùy theo hạ tâng của TTDL), sau đó chất lỏng đã được làm mát lại được đưa trở lại bể chứa, tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín, bảo đảm mực nước không đổi và hấp thụ hoàn toàn nhiêt lượng do thiết bị CNTT sinh ra.

Những nghiên cứu của Fujitsu cho thấy chất lỏng đặc biệt này hoàn toàn không gây độc hại, không dẫn điện. Kỹ thuật viên có thể thao tác tháo lắp, cắm nguồn thiết bị, cắm dây mạng,... bằng tay và thậm chí không cần găng tay bảo vệ. Với kiến trúc tuần hoàn khép kín giảm thiểu bay hơi, sau một lần nạp đầy chất lỏng thì hệ thống làm mát nhúng có thể sử dụng hàng chục năm liên tục mà không cần bổ sung chất lỏng.

Các dòng máy chủ PRIMERGY tích hợp chíp Intel® Xeon® chỉ cần qua một vài tùy biến đơn giản là tích hợp được trong bể làm mát, như tháo bỏ hoặc đặt lệnh để dừng quạt (quạt của Main, của bộ cấp nguồn), chỉnh vị trí lắp ổ cứng,...

Kết luận

Trong những đơn vị nghiên cứu về làm mát nhúng, Fujitsu là một trong số hãng tiên phong đưa ra thành phẩm trên thị trường. Mặc dù là công nghệ rất mới, có thể đang ở giai đoạn sơ khai và còn một số hạn chế, nhưng so với việc di rời TTDL ra Bắc Cực, công nghệ này vẫn hứa hẹn tính khả thi cao và linh hoạt hơn hẳn. Việc hiện thực hóa hệ thống làm mát nhúng là tiền đề để xây dựng TTDL thế hệ mới với những ưu điểm vượt trội khi tiết kiệm được điện năng và chi phí làm mát, an toàn cho người dùng và thân thiện với môi trường sinh thái. Do vẫn dựa trên kiến trúc của máy chủ hiện hành và chỉ cần qua những tùy biến rất nhỏ là có thể tương thích với hệ thống làm mát đột phá này, hãng bảo đảm được tính tái sử dụng thiết bị, nên về cơ bản đây là một công nghệ làm mát mới lại nhưng lại trong suốt – cả về nghĩa đen và nghĩa bóng – với những máy chủ hay tủ lưu trữ mà mọi người đã quen sử dụng. Rõ ràng nỗ lực nghiên cứu của Fujitsu đã mang lại một khái niệm mới về làm mát, khẳng định được sức mạnh công nghệ của hãng CNTT Nhật Bản này.