Tấm làm mát trực tiếp cho CPU: Giải pháp làm mát bằng chất lỏng [2024]

Một nền tảng máy chủ yêu cầu phương pháp làm mát trực tiếp hơn cho các bộ vi xử lý CPU hiệu năng cao đang hoạt động dưới tải công việc kéo dài. Một tấm làm mát lạnh (cold plate) dành riêng cho CPU được lắp đặt ngay phía trên bộ vi xử lý và kết nối với mạch tuần hoàn chất lỏng. Cấu hình bao gồm ống dẫn cấp và ống dẫn hồi, một cụm phân phối (manifold), cũng như thiết bị giải nhiệt nhằm duy trì dòng chảy liên tục của chất làm mát. Trong giai đoạn lập kế hoạch hệ thống, đội ngũ kỹ sư đã xem xét tải nhiệt của bộ vi xử lý, yêu cầu lắp đặt, khả năng tương thích giữa chất làm mát và linh kiện, cũng như không gian sẵn có xung quanh ổ cắm CPU. Kiến trúc làm mát trực tiếp này tạo ra một đường dẫn truyền nhiệt chuyên biệt từ bộ vi xử lý vào mạch chất lỏng. Cách tiếp cận này có thể áp dụng trong các môi trường máy chủ mật độ cao, nơi làm mát bằng không khí thông thường ngày càng gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu nhiệt tăng cao.

Một nền tảng HPC đang được cấu hình với các bộ vi xử lý CPU hiệu năng cao, được thiết kế dành riêng cho các tác vụ tính toán nặng có thể sinh ra lượng nhiệt đáng kể. Các tấm tản nhiệt dạng lạnh (cold plates) dành riêng cho CPU được tích hợp vào hệ thống làm mát bằng chất lỏng của máy chủ nhằm thu nhiệt trực tiếp từ khu vực vi xử lý. Thiết kế này xem xét kỹ lưỡng lưu lượng chất làm mát, độ sụt áp, diện tích bề mặt tiếp xúc và cấu trúc gắn kết để đảm bảo khả năng tương thích với phần cứng máy tính. Nhiều nhánh làm mát riêng biệt cho CPU có thể được kết nối thông qua một ống dẫn chung (common manifold), cho phép hệ thống quản lý đồng thời nhiều vi xử lý trong cùng một giá đỡ (rack). Cấu hình này cung cấp một cách tiếp cận có hệ thống đối với việc làm mát vi xử lý, đồng thời cho phép cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu phối hợp vận hành hệ thống làm mát bằng chất lỏng cùng các bơm, bộ trao đổi nhiệt và cơ sở hạ tầng nhiệt hiện hữu.

Một trung tâm dữ liệu đang nâng cấp một số giá đỡ máy chủ được chọn bằng các bộ vi xử lý hiệu năng cao hơn, đồng thời vẫn duy trì hệ thống làm mát bằng không khí truyền thống cho thiết bị có mật độ thấp hơn. Các tấm làm mát trực tiếp (cold plates) dành riêng cho CPU đã được triển khai nhằm cung cấp làm mát bằng chất lỏng trực tiếp cho các bộ vi xử lý đã nâng cấp. Các tấm này được kết nối thông qua hệ thống ống phân phối (manifolds) ở cấp độ giá đỡ và các ống dẫn chất làm mát, trong đó các giao diện ngắt nhanh (quick disconnect) được xem xét để thuận tiện cho việc bảo trì. Dự án đã đánh giá các yêu cầu nhiệt của bộ vi xử lý, điều kiện chất làm mát, mật độ lắp đặt trên giá đỡ và khả năng giải nhiệt trước khi triển khai. Chiến lược lai này cho phép làm mát bằng chất lỏng tập trung vào những máy chủ có nhu cầu tản nhiệt cao hơn, thay vì phải thiết kế lại toàn bộ cơ sở hạ tầng. Đồng thời, chiến lược này cũng tạo nền tảng mở rộng quy mô cho các lần nâng cấp bộ vi xử lý trong tương lai cũng như cho việc bổ sung thêm các nút tính toán được làm mát bằng chất lỏng.