Phạm Thanh Bình✔
Writer
Khi các chip AI ngày càng mạnh và tiêu thụ nhiều điện hơn, khả năng tản nhiệt đang trở thành một trong những nút thắt quan trọng của ngành công nghiệp này. Đây cũng là lý do công nghệ làm mát bằng chất lỏng ngày càng được chú ý, mở ra cuộc cạnh tranh mới giữa các nhà sản xuất thiết bị và linh kiện trên toàn cầu.
Cuối tháng 8, Jensen Huang, CEO Nvidia, cho biết thế hệ phần cứng Vera Rubin đã bắt đầu được xuất xưởng, với kế hoạch sản xuất hàng loạt từ tháng 9. Điểm đáng chú ý là các tủ máy chủ thuộc thế hệ này được thiết kế không sử dụng quạt, trong khi công suất tiêu thụ điện của mỗi tủ có thể vượt 190 kW, khiến việc làm mát bằng chất lỏng trở thành yêu cầu quan trọng. Để so sánh, hệ thống GB200 NVL72 của HPE có công suất tiêu thụ 132 kW mỗi tủ, trong đó hệ thống làm mát bằng chất lỏng xử lý khoảng 115 kW nhiệt lượng, còn làm mát bằng không khí đảm nhận phần còn lại.
Trước đây, làm mát bằng không khí thường đáp ứng được nhu cầu của máy chủ, nhưng khi mật độ chip và công suất ngày càng tăng, giới hạn của phương pháp này trở nên rõ rệt. Theo một số ước tính trong ngành, khả năng tản nhiệt của một tủ máy chủ sử dụng giải pháp làm mát bằng không khí thường chỉ khoảng 20 đến 30 kW. Trong khi đó, các hệ thống AI thế hệ mới có thể vượt xa ngưỡng này, buộc trung tâm dữ liệu phải chuyển sang những giải pháp hiệu quả hơn.
Làm mát bằng chất lỏng không chỉ giúp xử lý lượng nhiệt lớn mà còn có thể giảm điện năng dành riêng cho việc làm mát. Một trung tâm điện toán tại Quý Dương, Trung Quốc, đưa hệ thống làm mát bằng chất lỏng ngâm vào vận hành cuối tháng 8, cho biết phương pháp truyền thống có thể cần thêm 0,3 đến 0,5 kWh điện để làm mát cho mỗi 1 kWh điện tiêu thụ của tác vụ tính toán. Với hệ thống ngâm hoàn toàn trong chất lỏng, lượng điện bổ sung này giảm xuống khoảng 0,15 kWh. Ngoài điện năng, mức tiêu thụ nước cũng là vấn đề cần cân nhắc, bởi nhiều trung tâm dữ liệu truyền thống sử dụng tháp giải nhiệt để thải nhiệt thông qua quá trình bay hơi.
Tuy nhiên, làm mát bằng chất lỏng không đơn giản chỉ là đưa máy chủ vào một bể dung dịch. Một hệ thống đáng tin cậy cần phối hợp chính xác giữa ba thành phần quan trọng: tấm làm mát gắn trực tiếp lên chip, bộ phân phối chất làm mát CDU và các đầu nối nhanh dùng để kết nối đường ống.
Tấm làm mát có nhiệm vụ truyền nhiệt từ chip sang chất lỏng, vì vậy hiệu quả của bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành của GPU. Các thiết kế cao cấp sử dụng những vi kênh rất nhỏ, có thể rộng khoảng 0,2 mm, nhằm tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện khả năng truyền nhiệt. Đây cũng là một trong những bộ phận có chi phí cao nhất, chiếm khoảng 32 đến 40% tổng chi phí hệ thống theo số liệu được bài viết dẫn lại.
Trong khi đó, CDU đảm nhận nhiệm vụ điều phối dòng chất lỏng, điều chỉnh nhiệt độ và duy trì áp suất phù hợp giữa các máy chủ. Thiết bị phải theo dõi liên tục các thông số như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng, đồng thời điều chỉnh bơm và van để tránh tình trạng một máy chủ bị quá nhiệt. Khi xảy ra sự cố, hệ thống còn phải phát hiện và xử lý nhanh nhằm hạn chế ảnh hưởng đến toàn bộ cụm máy chủ.
Thành phần thứ ba là đầu nối nhanh, bộ phận tưởng nhỏ nhưng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với độ tin cậy của hệ thống. Trung tâm dữ liệu có thể chứa hàng trăm nghìn điểm kết nối chất lỏng, trong khi các máy chủ phải được tháo lắp để bảo trì nhiều lần. Đầu nối vì thế cần bảo đảm độ kín, chịu được áp suất và duy trì khả năng hoạt động sau hàng nghìn chu kỳ kết nối. Chỉ một điểm rò rỉ cũng có thể gây thiệt hại lớn cho hệ thống điện toán có giá trị cao.
Ba thành phần này chiếm phần lớn chi phí của hệ thống làm mát bằng chất lỏng, nhưng lợi thế cạnh tranh không chỉ nằm ở bản thân linh kiện. Các nhà sản xuất hàng đầu thường tham gia thiết kế ngay từ giai đoạn phát triển GPU và máy chủ, qua đó tối ưu khả năng tản nhiệt trước khi sản phẩm được đưa vào sản xuất hàng loạt. Họ cũng phải bảo đảm chất lượng đồng đều trên số lượng lớn sản phẩm, với quy trình kiểm tra độ kín, lưu lượng và hiệu suất thay vì chỉ dựa vào kiểm tra bằng mắt.
Một yếu tố khác là khả năng chịu trách nhiệm đối với toàn bộ hệ thống. Khách hàng trung tâm dữ liệu không chỉ cần một tấm làm mát hay một bộ bơm, mà cần bảo đảm hệ thống vận hành ổn định, có thể được bảo trì và xử lý sự cố khi cần thiết. Vì vậy, năng lực thiết kế, sản xuất hàng loạt và dịch vụ kỹ thuật thường tạo ra lợi thế lớn hơn việc chỉ bán linh kiện với giá thấp.
Trong lĩnh vực này, thị trường cao cấp lâu nay có sự hiện diện mạnh của các công ty Đài Loan, châu Âu và Mỹ. Chẳng hạn, Vertiv công bố doanh thu năm 2025 đạt 10,23 tỷ USD, tương đương khoảng 264.400 tỷ đồng, với biên lợi nhuận gộp 36,3%. Dover, công ty mẹ của nhà sản xuất đầu nối nhanh CPC, có biên lợi nhuận gộp 39,8%, trong khi hai doanh nghiệp quản lý nhiệt của Đài Loan là Chi Hong và Shuang Hong lần lượt đạt 25,81% và 27,38%. Những con số này cho thấy thị trường làm mát không chỉ tăng trưởng cùng nhu cầu AI mà còn có thể mang lại giá trị đáng kể cho các doanh nghiệp sở hữu công nghệ và quy trình sản xuất phù hợp.
Trung Quốc đang tìm cách thu hẹp khoảng cách bằng cách tận dụng năng lực sản xuất và kinh nghiệm từ những ngành công nghiệp khác. Các doanh nghiệp như Sanhua Intelligent Control, Yinlun Machinery và Nabai Chuan đã có kinh nghiệm về quản lý nhiệt trong ngành ô tô, bộ trao đổi nhiệt và tấm làm mát cho pin trước khi mở rộng sang trung tâm dữ liệu. Những kỹ năng về vật liệu, hàn, làm kín và sản xuất hàng loạt có thể được chuyển sang các ứng dụng điện toán AI.
Một hướng đi khác là tích lũy kinh nghiệm thông qua triển khai thực tế. Inspur Information và JD Cloud đã phát triển các tủ làm mát bằng chất lỏng, đồng thời kết nối dữ liệu kiểm tra sản xuất với hệ thống quản lý sản xuất để theo dõi chất lượng. Cách làm này cho phép doanh nghiệp sử dụng dữ liệu từ những lô hàng trước để cải thiện sản phẩm tiếp theo, thay vì chỉ dựa vào quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Các doanh nghiệp Trung Quốc cũng chú trọng phát triển giải pháp tích hợp nhằm rút ngắn thời gian triển khai. Việc chế tạo sẵn đường ống, nguồn làm mát và các mô-đun thủy lực tại nhà máy có thể giảm đáng kể thời gian lắp đặt tại trung tâm dữ liệu. Trong một số dự án được công bố, thời gian xây dựng hệ thống đã giảm từ một tháng xuống còn một tuần, hoặc hoàn tất quá trình thiết kế và giao hàng trong khoảng 45 ngày.
Lợi thế này có ý nghĩa bởi hệ thống làm mát bằng chất lỏng không bị chi phối bởi một hệ sinh thái phần mềm độc quyền tương tự CUDA của Nvidia. Nếu linh kiện đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, hệ thống vận hành ổn định, giá thành cạnh tranh và thời gian giao hàng nhanh, nhà cung cấp vẫn có cơ hội giành đơn hàng mà không nhất thiết phải dẫn đầu mọi công nghệ riêng lẻ.
Cuộc cạnh tranh vì thế không chỉ diễn ra giữa các nhà sản xuất chip, mà còn mở rộng sang toàn bộ hạ tầng giúp chip hoạt động hiệu quả. Khi nhu cầu tính toán AI tiếp tục tăng, khả năng xử lý nhiệt, tiết kiệm điện và bảo đảm độ tin cậy sẽ ngày càng ảnh hưởng đến chi phí vận hành trung tâm dữ liệu. Doanh nghiệp nào có thể kết hợp tốt giữa công nghệ, chất lượng sản xuất và khả năng cung ứng sẽ có lợi thế trong thị trường đang phát triển nhanh này.
Cuối tháng 8, Jensen Huang, CEO Nvidia, cho biết thế hệ phần cứng Vera Rubin đã bắt đầu được xuất xưởng, với kế hoạch sản xuất hàng loạt từ tháng 9. Điểm đáng chú ý là các tủ máy chủ thuộc thế hệ này được thiết kế không sử dụng quạt, trong khi công suất tiêu thụ điện của mỗi tủ có thể vượt 190 kW, khiến việc làm mát bằng chất lỏng trở thành yêu cầu quan trọng. Để so sánh, hệ thống GB200 NVL72 của HPE có công suất tiêu thụ 132 kW mỗi tủ, trong đó hệ thống làm mát bằng chất lỏng xử lý khoảng 115 kW nhiệt lượng, còn làm mát bằng không khí đảm nhận phần còn lại.
Trước đây, làm mát bằng không khí thường đáp ứng được nhu cầu của máy chủ, nhưng khi mật độ chip và công suất ngày càng tăng, giới hạn của phương pháp này trở nên rõ rệt. Theo một số ước tính trong ngành, khả năng tản nhiệt của một tủ máy chủ sử dụng giải pháp làm mát bằng không khí thường chỉ khoảng 20 đến 30 kW. Trong khi đó, các hệ thống AI thế hệ mới có thể vượt xa ngưỡng này, buộc trung tâm dữ liệu phải chuyển sang những giải pháp hiệu quả hơn.
Làm mát bằng chất lỏng không chỉ giúp xử lý lượng nhiệt lớn mà còn có thể giảm điện năng dành riêng cho việc làm mát. Một trung tâm điện toán tại Quý Dương, Trung Quốc, đưa hệ thống làm mát bằng chất lỏng ngâm vào vận hành cuối tháng 8, cho biết phương pháp truyền thống có thể cần thêm 0,3 đến 0,5 kWh điện để làm mát cho mỗi 1 kWh điện tiêu thụ của tác vụ tính toán. Với hệ thống ngâm hoàn toàn trong chất lỏng, lượng điện bổ sung này giảm xuống khoảng 0,15 kWh. Ngoài điện năng, mức tiêu thụ nước cũng là vấn đề cần cân nhắc, bởi nhiều trung tâm dữ liệu truyền thống sử dụng tháp giải nhiệt để thải nhiệt thông qua quá trình bay hơi.
Tuy nhiên, làm mát bằng chất lỏng không đơn giản chỉ là đưa máy chủ vào một bể dung dịch. Một hệ thống đáng tin cậy cần phối hợp chính xác giữa ba thành phần quan trọng: tấm làm mát gắn trực tiếp lên chip, bộ phân phối chất làm mát CDU và các đầu nối nhanh dùng để kết nối đường ống.
Tấm làm mát có nhiệm vụ truyền nhiệt từ chip sang chất lỏng, vì vậy hiệu quả của bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành của GPU. Các thiết kế cao cấp sử dụng những vi kênh rất nhỏ, có thể rộng khoảng 0,2 mm, nhằm tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện khả năng truyền nhiệt. Đây cũng là một trong những bộ phận có chi phí cao nhất, chiếm khoảng 32 đến 40% tổng chi phí hệ thống theo số liệu được bài viết dẫn lại.
Trong khi đó, CDU đảm nhận nhiệm vụ điều phối dòng chất lỏng, điều chỉnh nhiệt độ và duy trì áp suất phù hợp giữa các máy chủ. Thiết bị phải theo dõi liên tục các thông số như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng, đồng thời điều chỉnh bơm và van để tránh tình trạng một máy chủ bị quá nhiệt. Khi xảy ra sự cố, hệ thống còn phải phát hiện và xử lý nhanh nhằm hạn chế ảnh hưởng đến toàn bộ cụm máy chủ.
Thành phần thứ ba là đầu nối nhanh, bộ phận tưởng nhỏ nhưng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với độ tin cậy của hệ thống. Trung tâm dữ liệu có thể chứa hàng trăm nghìn điểm kết nối chất lỏng, trong khi các máy chủ phải được tháo lắp để bảo trì nhiều lần. Đầu nối vì thế cần bảo đảm độ kín, chịu được áp suất và duy trì khả năng hoạt động sau hàng nghìn chu kỳ kết nối. Chỉ một điểm rò rỉ cũng có thể gây thiệt hại lớn cho hệ thống điện toán có giá trị cao.
Ba thành phần này chiếm phần lớn chi phí của hệ thống làm mát bằng chất lỏng, nhưng lợi thế cạnh tranh không chỉ nằm ở bản thân linh kiện. Các nhà sản xuất hàng đầu thường tham gia thiết kế ngay từ giai đoạn phát triển GPU và máy chủ, qua đó tối ưu khả năng tản nhiệt trước khi sản phẩm được đưa vào sản xuất hàng loạt. Họ cũng phải bảo đảm chất lượng đồng đều trên số lượng lớn sản phẩm, với quy trình kiểm tra độ kín, lưu lượng và hiệu suất thay vì chỉ dựa vào kiểm tra bằng mắt.
Một yếu tố khác là khả năng chịu trách nhiệm đối với toàn bộ hệ thống. Khách hàng trung tâm dữ liệu không chỉ cần một tấm làm mát hay một bộ bơm, mà cần bảo đảm hệ thống vận hành ổn định, có thể được bảo trì và xử lý sự cố khi cần thiết. Vì vậy, năng lực thiết kế, sản xuất hàng loạt và dịch vụ kỹ thuật thường tạo ra lợi thế lớn hơn việc chỉ bán linh kiện với giá thấp.
Trong lĩnh vực này, thị trường cao cấp lâu nay có sự hiện diện mạnh của các công ty Đài Loan, châu Âu và Mỹ. Chẳng hạn, Vertiv công bố doanh thu năm 2025 đạt 10,23 tỷ USD, tương đương khoảng 264.400 tỷ đồng, với biên lợi nhuận gộp 36,3%. Dover, công ty mẹ của nhà sản xuất đầu nối nhanh CPC, có biên lợi nhuận gộp 39,8%, trong khi hai doanh nghiệp quản lý nhiệt của Đài Loan là Chi Hong và Shuang Hong lần lượt đạt 25,81% và 27,38%. Những con số này cho thấy thị trường làm mát không chỉ tăng trưởng cùng nhu cầu AI mà còn có thể mang lại giá trị đáng kể cho các doanh nghiệp sở hữu công nghệ và quy trình sản xuất phù hợp.
Trung Quốc đang tìm cách thu hẹp khoảng cách bằng cách tận dụng năng lực sản xuất và kinh nghiệm từ những ngành công nghiệp khác. Các doanh nghiệp như Sanhua Intelligent Control, Yinlun Machinery và Nabai Chuan đã có kinh nghiệm về quản lý nhiệt trong ngành ô tô, bộ trao đổi nhiệt và tấm làm mát cho pin trước khi mở rộng sang trung tâm dữ liệu. Những kỹ năng về vật liệu, hàn, làm kín và sản xuất hàng loạt có thể được chuyển sang các ứng dụng điện toán AI.
Một hướng đi khác là tích lũy kinh nghiệm thông qua triển khai thực tế. Inspur Information và JD Cloud đã phát triển các tủ làm mát bằng chất lỏng, đồng thời kết nối dữ liệu kiểm tra sản xuất với hệ thống quản lý sản xuất để theo dõi chất lượng. Cách làm này cho phép doanh nghiệp sử dụng dữ liệu từ những lô hàng trước để cải thiện sản phẩm tiếp theo, thay vì chỉ dựa vào quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Các doanh nghiệp Trung Quốc cũng chú trọng phát triển giải pháp tích hợp nhằm rút ngắn thời gian triển khai. Việc chế tạo sẵn đường ống, nguồn làm mát và các mô-đun thủy lực tại nhà máy có thể giảm đáng kể thời gian lắp đặt tại trung tâm dữ liệu. Trong một số dự án được công bố, thời gian xây dựng hệ thống đã giảm từ một tháng xuống còn một tuần, hoặc hoàn tất quá trình thiết kế và giao hàng trong khoảng 45 ngày.
Lợi thế này có ý nghĩa bởi hệ thống làm mát bằng chất lỏng không bị chi phối bởi một hệ sinh thái phần mềm độc quyền tương tự CUDA của Nvidia. Nếu linh kiện đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, hệ thống vận hành ổn định, giá thành cạnh tranh và thời gian giao hàng nhanh, nhà cung cấp vẫn có cơ hội giành đơn hàng mà không nhất thiết phải dẫn đầu mọi công nghệ riêng lẻ.
Cuộc cạnh tranh vì thế không chỉ diễn ra giữa các nhà sản xuất chip, mà còn mở rộng sang toàn bộ hạ tầng giúp chip hoạt động hiệu quả. Khi nhu cầu tính toán AI tiếp tục tăng, khả năng xử lý nhiệt, tiết kiệm điện và bảo đảm độ tin cậy sẽ ngày càng ảnh hưởng đến chi phí vận hành trung tâm dữ liệu. Doanh nghiệp nào có thể kết hợp tốt giữa công nghệ, chất lượng sản xuất và khả năng cung ứng sẽ có lợi thế trong thị trường đang phát triển nhanh này.
