Giải pháp đo lường cho hệ thống làm mát bằng chất lỏng trong máy chủ AI và trung tâm dữ liệu

1. Tổng quan về hệ thống làm mát bằng chất lỏng trong trung tâm dữ liệu AI

Cùng với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI), GPU và các hệ thống máy tính hiệu năng cao (HPC), mật độ tính toán của máy chủ ngày càng tăng, kéo theo lượng nhiệt tỏa ra tại mỗi tủ rack cũng lớn hơn đáng kể. Điều này khiến các trung tâm dữ liệu dần chuyển từ phương pháp làm mát bằng không khí truyền thống sang hệ thống làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling).

Khác với phương pháp làm mát bằng không khí, hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất lỏng tuần hoàn để trực tiếp hoặc gián tiếp hấp thụ nhiệt từ các linh kiện công suất cao như CPU và GPU. Nhiệt lượng sau đó được truyền qua bộ phân phối chất làm mát (CDU), bộ trao đổi nhiệt và hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng để hoàn thành chu trình tản nhiệt.

Đây đang trở thành một giải pháp quản lý nhiệt quan trọng đối với các trung tâm dữ liệu AI có mật độ công suất cao.

Một hệ thống làm mát bằng chất lỏng thường bao gồm các thành phần chính:

• Hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng.

• Bộ trao đổi nhiệt.

• Bộ phân phối chất làm mát (CDU).

• Đường ống cấp và hồi chất làm mát.

• Đường ống phân nhánh.

• Các tủ rack máy chủ sử dụng công nghệ làm mát bằng chất lỏng.

Trong quá trình vận hành, những thay đổi về nhiệt độ nước cấp và nước hồi, lưu lượng tuần hoàn, áp suất bơm, chênh áp thiết bị hoặc mức chất lỏng trong bồn chứa đều có thể phản ánh sự thay đổi về khả năng làm mát, tình trạng tuần hoàn hoặc trạng thái hoạt động của thiết bị.

Nếu không có dữ liệu đo lường liên tục theo thời gian thực, nhân viên vận hành có thể chỉ phát hiện sự cố khi hiệu suất làm mát đã suy giảm hoặc hệ thống xuất hiện trạng thái bất thường.

Vì vậy, việc bố trí các điểm đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, chênh áp và mức chất lỏng tại những vị trí phù hợp là yếu tố quan trọng giúp theo dõi toàn diện hoạt động của hệ thống.

EYC-Tech cung cấp danh mục thiết bị đo lường phục vụ hệ thống làm mát bằng chất lỏng trong trung tâm dữ liệu AI, bao gồm cảm biến và bộ truyền tín hiệu nhiệt độ, lưu lượng kế, cảm biến áp suất, cảm biến chênh áp, thiết bị đo mức chất lỏng và bộ hiển thị tại chỗ. Các thiết bị có thể được lựa chọn theo từng khu vực, kích thước đường ống và điều kiện lắp đặt thực tế.

2. Giải pháp đo lường theo từng khu vực trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng

2.1. Đo lường tại hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng

Hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng nằm ở đầu nguồn của toàn bộ hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Nguồn làm mát thường được cung cấp bởi chiller, tháp giải nhiệt hoặc các thiết bị làm mát khác, sau đó truyền đến bộ trao đổi nhiệt thông qua vòng tuần hoàn nước làm mát sơ cấp.

Những thay đổi về nhiệt độ nước cấp, nước hồi, lưu lượng tuần hoàn hoặc mực nước trong bồn chứa có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt ở các công đoạn phía sau và điều kiện làm mát tại máy chủ.

Do đó, nhiệt độ, lưu lượng và mức chất lỏng là những thông số cần được giám sát tại khu vực này.

Các thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ TP05: Lắp đặt trên đường ống cấp và hồi nước làm mát để đo lường nhiệt độ liên tục.

• Lưu lượng kế siêu âm FUM06: Sử dụng để đo lưu lượng trên các đường ống nước làm mát có đường kính lớn.

• Cảm biến áp suất thủy tĩnh dạng chìm L051: Ứng dụng giám sát mức chất lỏng liên tục tại bể chứa nước của tháp giải nhiệt, bồn cấp nước bổ sung và các thiết bị lưu trữ nước khác.

Việc theo dõi đồng thời nhiệt độ, lưu lượng và mức chất lỏng giúp cung cấp cái nhìn tổng thể hơn về công suất làm mát, tình trạng tuần hoàn nước và nguồn nước bổ sung. Đây cũng là cơ sở dữ liệu phục vụ công tác kiểm tra thiết bị và điều chỉnh hệ thống.

2.2. Đo lường tại bộ trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt nằm giữa hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng và vòng tuần hoàn chất lỏng của trung tâm dữ liệu. Thiết bị này có nhiệm vụ truyền nhiệt lượng hấp thụ từ máy chủ sang nguồn nước làm mát của cơ sở hạ tầng.

Hiệu suất trao đổi nhiệt không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào và đầu ra mà còn chịu ảnh hưởng bởi trở lực dòng chảy bên trong thiết bị và điều kiện tuần hoàn chất lỏng.

Vì vậy, nhiệt độ và chênh áp là hai thông số quan trọng cần được theo dõi tại khu vực này.

Các thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ TP05: Lắp đặt tại đường ống đầu vào và đầu ra của bộ trao đổi nhiệt để giám sát nhiệt độ liên tục.

• Bộ truyền tín hiệu chênh áp P063: Đo chênh lệch áp suất chất lỏng giữa hai phía của bộ trao đổi nhiệt.

Việc so sánh xu hướng nhiệt độ và chênh áp theo thời gian giúp theo dõi sự thay đổi trong điều kiện trao đổi nhiệt và trở lực dòng chảy. Những biến động bất thường của chênh lệch nhiệt độ hoặc chênh áp có thể là cơ sở để kiểm tra, vệ sinh bộ trao đổi nhiệt và thực hiện bảo trì phòng ngừa.

2.3. Đo lường tại bộ phân phối chất làm mát (CDU)

CDU (Coolant Distribution Unit) là thiết bị quan trọng kết nối hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng với vòng tuần hoàn chất lỏng bên trong máy chủ.

Một CDU thường tích hợp các thành phần như bộ trao đổi nhiệt, bơm tuần hoàn, bộ lọc, bồn chứa và hệ thống đường ống cấp – hồi.

Để theo dõi toàn diện tình trạng hoạt động của CDU, cần giám sát nhiều thông số như nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, chênh áp và mức chất lỏng.

Các thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ TP05 kết hợp bộ hiển thị đa chức năng DPM03: Lắp đặt trên đường ống cấp và hồi của CDU để đo nhiệt độ và hiển thị thông số tại chỗ. Tùy theo yêu cầu hệ thống, DPM03 còn có thể cung cấp chức năng cảnh báo, xử lý tín hiệu và truyền lại tín hiệu.

• Lưu lượng kế siêu âm dạng kẹp FUM03: Giám sát lưu lượng tuần hoàn trên đường ống chất làm mát thứ cấp hoặc các đường ống có đường kính nhỏ.

• Bộ truyền tín hiệu áp suất đa năng P048: Lắp đặt tại đầu ra của bơm để đo áp suất cấp.

• Bộ truyền tín hiệu chênh áp P063: Lắp đặt trước và sau bộ lọc để theo dõi sự thay đổi trở lực dòng chảy.

• Cảm biến áp suất thủy tĩnh dạng chìm L051: Giám sát mức chất làm mát trong bồn chứa của CDU.

Thông qua việc đối chiếu nhiều thông số đo lường, người vận hành có thể nắm bắt rõ hơn tình trạng tuần hoàn, lọc, cấp chất làm mát và mức chất lỏng trong bồn chứa, từ đó hỗ trợ kiểm tra và đánh giá hoạt động của CDU.

2.4. Đo lường trên đường ống cấp và hồi chính

Sau khi rời khỏi CDU, chất làm mát được phân phối qua đường ống cấp chính đến các khu vực và tủ rack máy chủ. Sau khi hấp thụ nhiệt, chất lỏng sẽ quay trở lại CDU thông qua đường ống hồi chính.

Đây là những tuyến ống vận chuyển phần lớn lưu lượng chất làm mát trong hệ thống. Vì vậy, giám sát lưu lượng trên đường ống cấp và hồi chính là phương pháp quan trọng để đánh giá tình trạng tuần hoàn tổng thể.

Thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Lưu lượng kế siêu âm FUM06: Đo lưu lượng trên các đường ống cấp và hồi chính có đường kính lớn.

Dữ liệu lưu lượng có thể được đối chiếu với các thông số nhiệt độ và áp suất hiện có để đánh giá tình trạng vận hành.

Khi lưu lượng trên đường ống chính giảm, người vận hành có thể kiểm tra thêm bơm, bộ lọc, van hoặc đường ống để xác định những thay đổi về trở lực dòng chảy.

Trong trường hợp lưu lượng tổng vẫn bình thường nhưng điều kiện làm mát tại một khu vực cụ thể xuất hiện bất thường, dữ liệu đo tại các đường ống nhánh hoặc tủ rack phía sau có thể được sử dụng để thu hẹp phạm vi kiểm tra.

2.5. Giám sát lưu lượng tại các đường ống nhánh

Trong các trung tâm dữ liệu quy mô lớn, chất làm mát từ đường ống chính thường được phân phối đến nhiều khu vực hoặc từng tủ rack máy chủ thông qua hệ thống đường ống nhánh.

Tuy nhiên, lưu lượng tổng trên đường ống chính ở mức bình thường không đồng nghĩa với việc tất cả các nhánh đều nhận đủ lượng chất làm mát cần thiết.

Nếu lưu lượng tại một nhánh riêng lẻ bị suy giảm, mức thay đổi của tổng lưu lượng trên đường ống chính có thể không đáng kể. Do đó, việc đo lưu lượng tại từng nhánh giúp theo dõi chi tiết hơn khả năng phân phối chất làm mát giữa các khu vực.

Thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Lưu lượng kế siêu âm dạng kẹp FUM03: Phù hợp để giám sát lưu lượng trên các đường ống nhánh có đường kính nhỏ.

Thiết bị sử dụng phương pháp đo bên ngoài đường ống (Clamp-on), giúp hạn chế nhu cầu cắt đường ống, dừng hệ thống hoặc nguy cơ rò rỉ chất làm mát trong quá trình lắp đặt.

FUM03 có thể được ứng dụng tại các trung tâm dữ liệu đang hoạt động khi cần mở rộng hệ thống, bổ sung điểm đo, cân bằng lưu lượng hoặc kiểm tra bảo trì.

Việc so sánh dữ liệu lưu lượng giữa các nhánh giúp đánh giá khả năng phân phối chất làm mát đến từng khu vực và tủ rack máy chủ.

2.6. Đo lường tại tủ rack máy chủ làm mát bằng chất lỏng

Sau khi đi vào tủ rack, chất làm mát được phân phối qua đường ống góp cấp (Supply Manifold) đến các tấm làm mát lạnh (Cold Plate) được lắp đặt trên CPU, GPU và những linh kiện tỏa nhiệt lớn khác.

Sau khi hấp thụ nhiệt, chất lỏng đi qua đường ống góp hồi (Return Manifold) và quay trở lại hệ thống đường ống chính.

Đây là khu vực gần nhất với nguồn phát nhiệt thực tế của máy chủ. Ngay cả khi CDU và lưu lượng trên đường ống chính vẫn hoạt động bình thường, từng tủ rack riêng lẻ vẫn có thể gặp tình trạng thiếu lưu lượng do vị trí van, trở lực đường ống, điều kiện của đường ống góp hoặc sự thay đổi trong đường dẫn dòng chảy qua các tấm làm mát.

Vì vậy, vận tốc dòng chảy và nhiệt độ là những thông số quan trọng cần được theo dõi tại cấp độ tủ rack.

Các thiết bị EYC-Tech có thể ứng dụng:

• Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ và lưu lượng FTC06: Có thể lắp đặt trên đường ống góp cấp, hồi hoặc các nhánh làm mát bằng chất lỏng quan trọng. Thiết bị đồng thời đo vận tốc dòng chảy và nhiệt độ của chất làm mát.

• Bộ hiển thị và tổng lưu lượng DPM04: Kết hợp với FTC06 để hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tích lũy tại chỗ. Ngoài ra, DPM04 còn hỗ trợ chức năng cảnh báo, xử lý tín hiệu và truyền lại tín hiệu.

• Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ TP05: Có thể lắp đặt bổ sung khi cần giám sát nhiệt độ đường cấp và hồi, phục vụ việc so sánh chênh lệch nhiệt độ.

Việc đối chiếu vận tốc dòng chảy, lưu lượng và nhiệt độ cung cấp cơ sở đo lường hữu ích để kiểm tra đường ống, van, đường ống góp phân phối và tình trạng tuần hoàn chất làm mát qua các tấm Cold Plate.

3. Giải pháp đo lường EYC-Tech cho hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu AI

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng trong trung tâm dữ liệu AI bao gồm nhiều khu vực liên kết với nhau, từ hệ thống làm mát của cơ sở hạ tầng, bộ trao đổi nhiệt, CDU, đường ống cấp – hồi chính, đường ống nhánh cho đến từng tủ rack máy chủ.

EYC-Tech cung cấp danh mục thiết bị đo lường bao phủ các thông số quan trọng như nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, chênh áp, mức chất lỏng và hiển thị tại chỗ.

Các thiết bị có thể được lựa chọn và cấu hình theo đường kính ống, vị trí lắp đặt, đặc điểm thiết bị và yêu cầu ứng dụng thực tế, qua đó hình thành hệ thống đo lường xuyên suốt từ khu vực làm mát của cơ sở hạ tầng đến từng tủ rack máy chủ.

Bên cạnh việc kiểm tra trực tiếp và theo dõi giá trị tại hiện trường, dữ liệu đo lường còn có thể được tích hợp vào các hệ thống BMS, SCADA, PLC, DCIM hoặc hệ thống thu thập dữ liệu hiện có, tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của từng sản phẩm. Các phương thức kết nối có thể bao gồm tín hiệu analog, đầu ra relay hoặc truyền thông RS-485.

Đối với những ứng dụng yêu cầu cảnh báo tại chỗ, xử lý tín hiệu hoặc truyền lại tín hiệu, các bộ hiển thị và bộ điều khiển tương ứng cũng có thể được tích hợp theo yêu cầu của hệ thống.

Việc thiết lập các điểm đo liên tục và có khả năng truy xuất dữ liệu tại nhiều khu vực giúp người vận hành theo dõi xu hướng nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, chênh áp và mức chất lỏng. Những dữ liệu này có thể được sử dụng để so sánh trạng thái bất thường, giám sát xu hướng vận hành, kiểm tra thiết bị và hỗ trợ bảo trì phòng ngừa.

Với danh mục thiết bị đo lường đa dạng, EYC-Tech mang đến giải pháp xây dựng nền tảng giám sát toàn diện và liên tục cho các hệ thống làm mát bằng chất lỏng trong trung tâm dữ liệu AI.