Yu Ki San
Writer
Các kỹ sư tại Đại học California San Diego (Mỹ) đã phát triển một công nghệ làm mát mới có thể giảm đáng kể nhiệt lượng tỏa ra từ các thiết bị điện tử, hứa hẹn giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng khổng lồ của các trung tâm dữ liệu.
Để giải quyết "cơn khát" năng lượng này, các kỹ sư tại Đại học California San Diego (UCSD), Mỹ, đã phát triển một công nghệ làm mát hoàn toàn mới. Công nghệ này sử dụng một màng sợi (fiber membrane) đặc biệt được thiết kế để có thể loại bỏ nhiệt lượng thông qua quá trình bay hơi.
Đây được xem là một giải pháp thay thế đầy tiềm năng cho các hệ thống làm mát truyền thống như quạt, các tấm tản nhiệt và các hệ thống bơm chất lỏng phức tạp. Nó cũng có thể giúp giảm đáng kể lượng nước sử dụng trong nhiều hệ thống làm mát hiện nay. Nhóm nghiên cứu đã mô tả chi tiết về công nghệ của mình trong một bài báo vừa được đăng tải vào ngày 13 tháng 6 trên tạp chí khoa học uy tín Joule.
Mô phỏng màng sợi loại bỏ nhiệt từ chip điện tử thông qua bay hơi. Ảnh: Tianshi Feng
"So với các phương pháp làm mát bằng không khí hoặc bằng chất lỏng truyền thống, quá trình bay hơi có thể giúp phân tán một lượng nhiệt lớn hơn rất nhiều trong khi lại sử dụng ít năng lượng hơn," ông Renkun Chen, một giáo sư tại khoa Kỹ thuật cơ khí và Hàng không vũ trụ tại Trường Kỹ thuật Jacobs thuộc Đại học California San Diego, đồng chỉ đạo dự án, cho biết.
Nhiều ứng dụng hiện nay đã dựa vào quá trình bay hơi để làm mát, ví dụ như các ống dẫn nhiệt trong máy tính xách tay hay các bộ bay hơi trong máy điều hòa không khí. Tuy nhiên, việc áp dụng một cách hiệu quả quá trình này cho các thiết bị điện tử có công suất cao là một thách thức lớn. Những nỗ lực trước đây sử dụng các loại màng xốp thường không thành công, bởi vì các lỗ của chúng hoặc là quá nhỏ và dễ bị tắc nghẽn, hoặc là quá lớn và gây ra hiện tượng sôi ngoài ý muốn, làm giảm hiệu quả làm mát.
Nhóm của giáo sư Chen đã giải quyết được vấn đề này bằng cách sử dụng một loại màng sợi rỗng với các lỗ được liên kết với nhau và có kích thước phù hợp, giúp đạt được hiệu quả bay hơi tối ưu mà không gặp phải những nhược điểm nêu trên.
Mặc dù các kết quả hiện tại là rất hứa hẹn, giáo sư Chen cho biết công nghệ này vẫn đang hoạt động ở dưới mức giới hạn về mặt lý thuyết của nó. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục làm việc để có thể tinh chỉnh lớp màng và tối ưu hóa hiệu suất hơn nữa.
Các bước tiếp theo của dự án bao gồm việc tích hợp nó vào một nguyên mẫu "tấm làm mát" (cold plate), một thành phần phẳng có thể được gắn trực tiếp vào các con chip như CPU và GPU để giúp phân tán nhiệt một cách hiệu quả. Các nhà nghiên cứu cũng đang trong quá trình thành lập một công ty khởi nghiệp (startup) để có thể thương mại hóa công nghệ đầy tiềm năng này.
Phát minh này được kỳ vọng sẽ mở ra một hướng đi mới, giúp ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu và điện toán hiệu năng cao có thể phát triển một cách bền vững hơn, giảm thiểu tác động đến môi trường trong kỷ nguyên AI bùng nổ.
Bài toán năng lượng của kỷ nguyên AI
Khi Trí tuệ Nhân tạo (AI) và điện toán đám mây tiếp tục mở rộng với tốc độ chóng mặt, nhu cầu xử lý dữ liệu và cùng với đó là lượng nhiệt lượng phát sinh ra cũng đang tăng vọt. Hiện nay, chi phí năng lượng cho việc làm mát đã chiếm tới 40% tổng năng lượng sử dụng của một trung tâm dữ liệu. Nếu xu hướng này tiếp diễn, lượng năng lượng mà thế giới phải sử dụng cho việc làm mát có thể sẽ tăng hơn gấp đôi vào năm 2030.Để giải quyết "cơn khát" năng lượng này, các kỹ sư tại Đại học California San Diego (UCSD), Mỹ, đã phát triển một công nghệ làm mát hoàn toàn mới. Công nghệ này sử dụng một màng sợi (fiber membrane) đặc biệt được thiết kế để có thể loại bỏ nhiệt lượng thông qua quá trình bay hơi.
Đây được xem là một giải pháp thay thế đầy tiềm năng cho các hệ thống làm mát truyền thống như quạt, các tấm tản nhiệt và các hệ thống bơm chất lỏng phức tạp. Nó cũng có thể giúp giảm đáng kể lượng nước sử dụng trong nhiều hệ thống làm mát hiện nay. Nhóm nghiên cứu đã mô tả chi tiết về công nghệ của mình trong một bài báo vừa được đăng tải vào ngày 13 tháng 6 trên tạp chí khoa học uy tín Joule.
Mô phỏng màng sợi loại bỏ nhiệt từ chip điện tử thông qua bay hơi. Ảnh: Tianshi Feng
Màng sợi làm mát bằng bay hơi hoạt động như thế nào?
Công nghệ làm mát bay hơi mới này sử dụng một màng sợi có chi phí thấp, với một mạng lưới gồm các lỗ nhỏ li ti, được liên kết với nhau. Mạng lưới này có khả năng hút một chất lỏng làm mát đi qua bề mặt của nó bằng hiện tượng mao dẫn. Khi chất lỏng này bay hơi, nó sẽ loại bỏ một cách hiệu quả nhiệt lượng từ các thiết bị điện tử nằm bên dưới mà không cần phải tốn thêm năng lượng để vận hành."So với các phương pháp làm mát bằng không khí hoặc bằng chất lỏng truyền thống, quá trình bay hơi có thể giúp phân tán một lượng nhiệt lớn hơn rất nhiều trong khi lại sử dụng ít năng lượng hơn," ông Renkun Chen, một giáo sư tại khoa Kỹ thuật cơ khí và Hàng không vũ trụ tại Trường Kỹ thuật Jacobs thuộc Đại học California San Diego, đồng chỉ đạo dự án, cho biết.
Nhiều ứng dụng hiện nay đã dựa vào quá trình bay hơi để làm mát, ví dụ như các ống dẫn nhiệt trong máy tính xách tay hay các bộ bay hơi trong máy điều hòa không khí. Tuy nhiên, việc áp dụng một cách hiệu quả quá trình này cho các thiết bị điện tử có công suất cao là một thách thức lớn. Những nỗ lực trước đây sử dụng các loại màng xốp thường không thành công, bởi vì các lỗ của chúng hoặc là quá nhỏ và dễ bị tắc nghẽn, hoặc là quá lớn và gây ra hiện tượng sôi ngoài ý muốn, làm giảm hiệu quả làm mát.
Nhóm của giáo sư Chen đã giải quyết được vấn đề này bằng cách sử dụng một loại màng sợi rỗng với các lỗ được liên kết với nhau và có kích thước phù hợp, giúp đạt được hiệu quả bay hơi tối ưu mà không gặp phải những nhược điểm nêu trên.
Kết quả thử nghiệm kỷ lục và tương lai thương mại hóa
Khi được thử nghiệm với các dòng nhiệt biến đổi, lớp màng sợi mới này đã đạt được một hiệu suất kỷ lục. Nó có thể xử lý một dòng nhiệt vượt quá 800 watt trên mỗi cm vuông (W/cm²), đây là một trong những mức cao nhất từng được ghi nhận đối với một hệ thống làm mát thuộc loại này. Nó cũng đã chứng minh được độ ổn định của mình trong nhiều giờ hoạt động liên tục.Mặc dù các kết quả hiện tại là rất hứa hẹn, giáo sư Chen cho biết công nghệ này vẫn đang hoạt động ở dưới mức giới hạn về mặt lý thuyết của nó. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục làm việc để có thể tinh chỉnh lớp màng và tối ưu hóa hiệu suất hơn nữa.
Các bước tiếp theo của dự án bao gồm việc tích hợp nó vào một nguyên mẫu "tấm làm mát" (cold plate), một thành phần phẳng có thể được gắn trực tiếp vào các con chip như CPU và GPU để giúp phân tán nhiệt một cách hiệu quả. Các nhà nghiên cứu cũng đang trong quá trình thành lập một công ty khởi nghiệp (startup) để có thể thương mại hóa công nghệ đầy tiềm năng này.
Phát minh này được kỳ vọng sẽ mở ra một hướng đi mới, giúp ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu và điện toán hiệu năng cao có thể phát triển một cách bền vững hơn, giảm thiểu tác động đến môi trường trong kỷ nguyên AI bùng nổ.
