หน่วยจ่ายน้ำหล่อเย็น: โครงสร้างพื้นฐานระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวสำหรับศูนย์ข้อมูล AI

อัปเดต 11 ธันวาคม 2025

อัปเดตธันวาคม 2025: ตลาดระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวมีมูลค่าถึง 5,500 ล้านดอลลาร์ในปี 2025 และคาดการณ์ว่าจะเติบโตถึง 15,800 ล้านดอลลาร์ภายในปี 2030 (CAGR 23%) GPU รุ่น H200 ที่มี TDP 700W จำเป็นต้องใช้ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวเมื่อใช้งานในระดับใหญ่ NVIDIA Kyber rack (ปี 2027) จะต้องการพลังงาน 600kW-1MW ต่อแร็ค Supermicro เปิดตัว CDU ขนาด 250kW ซึ่งเพิ่มความจุเป็นสองเท่าจากรุ่นก่อนหน้า CDU สามารถบรรลุความพร้อมใช้งาน 99.999% ด้วยสถาปัตยกรรมสำรองสามชั้นและการ failover ภายใน 100 มิลลิวินาที

ปี 2025 เป็นปีที่ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวเปลี่ยนจากเทคโนโลยีล้ำสมัยสุดขอบมาเป็นมาตรฐานพื้นฐาน ไม่จำกัดอยู่แค่การใช้งานเชิงทดลองอีกต่อไป ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวปัจจุบันทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน AI¹ ผู้ประกอบการศูนย์ข้อมูลที่ใช้งาน NVIDIA H200 GPU ต้องเผชิญกับภาระความร้อน 700W ต่ออุปกรณ์ ซึ่งระบบหล่อเย็นด้วยอากาศไม่สามารถระบายออกได้อย่างคุ้มค่าในระดับใหญ่² แนวโน้มนี้ยิ่งเข้มข้นขึ้นเมื่อ NVIDIA Kyber rack ที่จะเปิดตัวในปี 2027 จะต้องการพลังงาน 600kW ในช่วงแรกและขยายได้ถึง 1MW ต่อแร็ค ซึ่งต้องการโครงสร้างพื้นฐานระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวที่สามารถระบายความร้อนในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน³

ตลาดระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวสำหรับศูนย์ข้อมูลมีมูลค่าถึง 5,520 ล้านดอลลาร์ในปี 2025 โดยคาดการณ์ว่าจะเติบโตถึง 15,750 ล้านดอลลาร์ภายในปี 2030 ด้วย CAGR 23.31%⁴ การวิเคราะห์ทางเลือกอื่นคาดการณ์การเติบโตจาก 2,840 ล้านดอลลาร์ในปี 2025 เป็น 21,150 ล้านดอลลาร์ภายในปี 2032 ด้วย CAGR 33.2%⁵ หน่วยจ่ายน้ำหล่อเย็น (CDU) เป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักที่ทำให้การเปลี่ยนผ่านนี้เป็นไปได้ โดยจัดการการไหลเวียนของสารหล่อเย็นระหว่างระบบน้ำของสถานที่กับอุปกรณ์ IT พร้อมรักษาอุณหภูมิที่แม่นยำตามที่ฮาร์ดแวร์ AI ต้องการ

CDU ทำให้ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวทำงานในระดับใหญ่ได้อย่างไร

หน่วยจ่ายน้ำหล่อเย็นทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างพื้นฐานระบบทำความเย็นของสถานที่กับระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวระดับแร็ค CDU จัดการการถ่ายเทความร้อนจากวงจรรอง (secondary loop) ที่ให้บริการอุปกรณ์ IT ไปยังวงจรหลัก (primary loop) ที่เชื่อมต่อกับ chiller หรือ cooling tower ของสถานที่

สถาปัตยกรรมการแลกเปลี่ยนความร้อน ใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสแตนเลส 316 ที่เข้ากันได้กับสารหล่อเย็นหลากหลายชนิด⁶ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแยกวงจรหล่อเย็น IT ออกจากน้ำของสถานที่ ป้องกันการปนเปื้อนพร้อมทั้งเปิดใช้งานการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ อัตราการไหลสูงสุดถึง 3,600 ลิตรต่อนาทีสำหรับการดูดซับและถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็ว⁷

การควบคุมอุณหภูมิ รักษาสภาวะที่แม่นยำ CDU สามารถทำอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -20°C ถึง +70°C ขึ้นอยู่กับความต้องการของการใช้งาน⁸ การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำป้องกันการ throttle เนื่องจากความร้อนใน GPU และรักษาประสิทธิภาพการประมวลผลที่สม่ำเสมอ

การจัดการแรงดัน เปิดโอกาสให้มีความยืดหยุ่นในการติดตั้ง แรงดัน head มากกว่า 50 psi ช่วยให้สามารถวางท่อระยะไกลขึ้นระหว่าง CDU กับแร็คเซิร์ฟเวอร์⁹ ปั๊มคู่แบบ variable speed drive (VSD) ให้การตอบสนองแบบไดนามิกต่อความต้องการการหล่อเย็นพร้อมเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน¹⁰

คุณสมบัติด้านความน่าเชื่อถือ รับประกันความพร้อมใช้งาน CDU สมัยใหม่ใช้สถาปัตยกรรมสำรองสามชั้นพร้อมระบบสแตนด์บายร้อน 1:1 สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ¹¹ เมื่อโมดูลหลักล้มเหลว ระบบสำรองจะสลับอย่างราบรื่นภายใน 100 มิลลิวินาที บรรลุความพร้อมใช้งานระบบ 99.999%¹²

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ให้การประหยัดในการดำเนินงาน เมื่อเทียบกับหน่วยหล่อเย็นด้วยอากาศ CDU ใช้ไฟฟ้าน้อยลง 20-30% สำหรับความสามารถในการหล่อเย็นที่เทียบเท่ากัน¹³ ผลประโยชน์ด้านประสิทธิภาพทวีคูณในการใช้งาน AI ขนาดใหญ่ที่การหล่อเย็นคิดเป็นสัดส่วนสำคัญของการใช้พลังงานทั้งหมด

ความจุ CDU สำหรับงาน AI

ความหนาแน่นพลังงานของเซิร์ฟเวอร์ AI ขับเคลื่อนความต้องการขนาดของ CDU NVIDIA GB200 GPU ตัวเดียวมี TDP 1.2kW เซิร์ฟเวอร์ GB200 NVL72 ทั่วไปที่มี 8 GPU และ 2 CPU มี TDP รวม 10kW¹⁴ ความจุ CDU ต้องขยายให้ตรงกับประชากรแร็คทั้งหมดของระบบเหล่านี้

การกำหนดค่าระดับเริ่มต้น รองรับความหนาแน่นปานกลาง Boyd's 10U Liquid-to-Air CDU ให้ความจุถึง 15kW ขึ้นอยู่กับภาระความร้อนและความต้องการอุณหภูมิเข้าใกล้¹⁵ หน่วยดังกล่าวเหมาะสำหรับการใช้งาน edge หรือสภาพแวดล้อม colocation ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า

ระบบระดับกลาง รองรับแร็คความหนาแน่นสูง Chilldyne's CF-CDU300 หล่อเย็นเซิร์ฟเวอร์ได้ถึง 300kW¹⁶ ภายในแร็ค 42U มาตรฐาน ระบบที่สามารถหล่อเย็นคลัสเตอร์เซิร์ฟเวอร์ 50kW ช่วยให้สามารถรวมงาน AI ได้อย่างมาก¹⁷

แพลตฟอร์มความจุสูง ให้บริการการใช้งานระดับ hyperscale CDU ของ Motivair มีหกรุ่นมาตรฐานและการกำหนดค่า OEM แบบกำหนดเองที่ขยายได้ถึง 2.3MW ของโหลด IT¹⁸ Supermicro เปิดตัวโซลูชันระดับแร็ค NVIDIA Blackwell ในเดือนมิถุนายน 2025 พร้อม CDU ขนาด 250kW ซึ่งเพิ่มความจุเป็นสองเท่าจากรุ่นก่อนหน้า¹⁹

ระบบระดับองค์กร ตอบสนองความต้องการทั่วทั้งศูนย์ข้อมูล CDU รุ่นใหม่ของ Trane ให้ความจุหล่อเย็นถึง 10MW สำหรับการหล่อเย็นแบบของเหลวโดยตรงถึงชิปในสภาพแวดล้อม hyperscale และ colocation²⁰

การวางแผนการติดตั้ง ต้องให้ความสนใจกับข้อจำกัดทางกายภาพ ระยะห่างในอุดมคติระหว่าง CDU กับแร็คไม่ควรเกิน 20 เมตร²¹ ความสามารถในการรับน้ำหนักพื้นต้องถึง 800kg/m² เนื่องจาก CDU ที่เต็มน้ำอาจหนักถึง 3 ตัน²² ความต้องการพื้นที่สำหรับการบำรุงรักษารวมถึง 1.2 เมตรที่ด้านหน้าและด้านหลัง บวก 0.6 เมตรที่ด้านบนสำหรับการเชื่อมต่อท่อ²³

Rear Door Heat Exchanger สำหรับการอัปเกรดโครงสร้างพื้นฐานเดิม

Rear Door Heat Exchanger (RDHx) ติดตั้งที่ด้านหลังของแร็คเซิร์ฟเวอร์ ระบายความร้อนจากอากาศเสียก่อนที่จะเข้าสู่สภาพแวดล้อมศูนย์ข้อมูล²⁴ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้ได้รับประโยชน์จากการหล่อเย็นด้วยของเหลวโดยไม่ต้องเปลี่ยนเซิร์ฟเวอร์ที่หล่อเย็นด้วยอากาศที่มีอยู่

ประสิทธิภาพการหล่อเย็น เหนือกว่าแนวทางที่ใช้อากาศเพียงอย่างเดียวอย่างมาก การหล่อเย็นด้วยอากาศแบบดั้งเดิมทำงานได้น้อยกว่าการกำหนดค่า RDHx 30-60%²⁵ การปรับปรุงทวีคูณในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งการหล่อเย็นด้วยอากาศมีปัญหาในการรักษาอุณหภูมิ

วิวัฒนาการของความจุ ตอบสนองความหนาแน่นของแร็คที่เพิ่มขึ้น ChilledDoor ของ Motivair หล่อเย็นได้ถึง 72kW ต่อแร็ค²⁶ OptiCool Technologies เปิดตัว RDHx ความจุสูงสุดในอุตสาหกรรม 120kW ในเดือนกันยายน 2025 ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับงาน AI และ HPC รุ่นใหม่²⁷

แนวทางการหล่อเย็นที่เป็นกรรมสิทธิ์ ผลักดันขอบเขตประสิทธิภาพ การออกแบบสารทำความเย็นสองเฟสของ OptiCool ใช้เทอร์โมไดนามิกส์การเปลี่ยนเฟส ระบายความร้อนจากแร็คและส่งอากาศกลับที่อุณหภูมิแวดล้อมเป็นกลาง²⁸ แนวทางนี้บรรลุประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่สูงกว่าระบบของเหลวเฟสเดียว

การออกแบบแบบ active กับ passive มีข้อได้เปรียบต่างกัน RDHx แบบ passive อาศัยเฉพาะกระแสลมจากพัดลมเซิร์ฟเวอร์ ให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความเรียบง่าย²⁹ RDHx แบบ active มีพัดลมในตัวสำหรับความหนาแน่นความร้อนที่สูงขึ้น ใช้พลังงานมากกว่าแต่ให้ความยืดหยุ่นมากกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมการประมวลผลประสิทธิภาพสูง³⁰

ความเข้ากันได้กับโครงสร้างพื้นฐานเดิม ทำให้ RDHx น่าสนใจสำหรับการใช้งาน brownfield การปรับปรุงแร็คเซิร์ฟเวอร์ที่หล่อเย็นด้วยอากาศที่มีอยู่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าและทำให้เกิดการหยุดชะงักน้อยกว่าการเปลี่ยนไปใช้เซิร์ฟเวอร์ที่หล่อเย็นด้วยของเหลว³¹ งาน AI inference ที่ทำงานบนฮาร์ดแวร์ที่หล่อเย็นด้วยอากาศได้รับประโยชน์จาก RDHx โดยไม่ต้องยกเครื่องโครงสร้างพื้นฐานทั้งสถานที่³²

การมาตรฐานอุตสาหกรรม เร่งความเร็วผ่าน Open Compute Project โครงการย่อย Door Heat Exchanger มุ่งเน้นการพัฒนา การรวม และการมาตรฐาน RDHx ภายในกรอบ ORV3 (Open Rack Version 3)³³ Schneider Electric เข้าซื้อหุ้นส่วนใหญ่ใน Motivair ในเดือนกุมภาพันธ์ 2025 เพื่อเสริมตำแหน่งในตลาดระบบหล่อเย็นด้วยของเหลว³⁴

Immersion cooling สำหรับความหนาแน่นสูงสุด

Immersion cooling จุ่มเซิร์ฟเวอร์ลงในของเหลวไดอิเล็กทริกที่นำความร้อนได้ภายในถังปิดสนิท³⁵ แนวทางนี้ช่วยให้ใช้งานความหนาแน่นสูงสุดพร้อมลดการใช้พลังงานในการหล่อเย็นอย่างมาก

Single-phase immersion รักษาของเหลวในสถานะของเหลวตลอด การไหลเวียนของสารหล่อเย็นผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระบายความร้อนที่ดูดซับออก³⁶ แนวทางนี้ลดความต้องการไฟฟ้าเกือบครึ่งเมื่อเทียบกับการหล่อเย็นด้วยอากาศแบบดั้งเดิม ลดการปล่อย CO2 ได้ถึง 30% และรองรับการใช้น้ำน้อยลง 99%³⁷

Two-phase immersion ทำให้ของเหลวเดือดเป็นไอที่แหล่งความร้อน ขดลวด condenser เปลี่ยนไอกลับเป็นของเหลว³⁸ ระบบสองเฟสบรรลุประสิทธิภาพที่สูงกว่าในการดึงความร้อนปริมาณมาก ทำให้เหมาะสมกว่าสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน HPC และ AI³⁹

การปรับปรุงความหนาแน่น เปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์ของศูนย์ข้อมูล Immersion cooling ช่วยให้ผู้ประกอบการบรรจุการประมวลผลได้มากขึ้น 10-15 เท่าในพื้นที่เดียวกัน ซึ่งแปลงโดยตรงเป็นเวลาสู่รายได้ที่เร็วขึ้นสำหรับบริการ AI⁴⁰ การรวมศูนย์ลดความต้องการอสังหาริมทรัพย์พร้อมเพิ่มความจุต่อตารางฟุต

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน บรรลุระดับที่น่าทึ่ง ตามข้อมูลของ Submer immersion cooling ลดการใช้พลังงานของระบบหล่อเย็นได้ถึง 95%⁴¹ การประหยัดชดเชยต้นทุนเงินทุนที่สูงกว่าตลอดอายุการใช้งาน

การตรวจสอบความถูกต้องโดยอุตสาหกรรม สร้างความมั่นใจ Intel และ Shell ตรวจสอบโซลูชัน immersion แบบเต็มรูปแบบกับฮาร์ดแวร์จาก Supermicro และ Submer สร้าง "Intel Data Center Certified for Immersion Cooling" เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับประสิทธิภาพการหล่อเย็น⁴² Submer เปิดตัวหุ่นยนต์อัตโนมัติสำหรับการบำรุงรักษาถัง immersion ทำให้การจัดการเซิร์ฟเวอร์ง่ายขึ้น⁴³

ข้อพิจารณาด้านต้นทุน ต้องการการวิเคราะห์อย่างรอบคอบ การใช้งาน immersion ที่ครอบคลุมต้องการถังเฉพาะทาง รองรับน้ำหนัก ระบบตรวจจับการรั่วไหล และอุปกรณ์จัดการสารหล่อเย็นที่ผลักดันต้นทุนการติดตั้งต่อแร็คเกิน 50,000 ดอลลาร์ ประมาณสามเท่าของระบบอากาศที่เทียบเท่า⁴⁴ การปรับปรุงสถานที่ที่ทำงานอยู่เพิ่มความซับซ้อนเนื่องจาก floor plenum รางสายเคเบิล และเส้นทางพลังงานต้องการการเปลี่ยนเส้นทางขณะรักษา uptime⁴⁵

ความสมบูรณ์ของเทคโนโลยี ยังคงก้าวหน้าต่อไป Immersion ยังคงค่อนข้างยังไม่สมบูรณ์ด้วยข้อมูลประวัติศาสตร์น้อยมากเกี่ยวกับประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในระยะยาว⁴⁶ อย่างไรก็ตาม การนำไปใช้ที่เร่งขึ้นโดย hyperscaler และผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐาน AI สร้างประสบการณ์การดำเนินงานอย่างรวดเร็ว

กองเทคโนโลยีการหล่อเย็นด้วยของเหลว

เทคโนโลยีการหล่อเย็นที่แตกต่างกันตอบสนองสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน แนวทางที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับความหนาแน่นความร้อน โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ และความต้องการการดำเนินงาน

Cold plate cooling (direct-to-chip หรือ D2C) เป็นเซกเมนต์ที่เติบโตเร็วที่สุด⁴⁷ Cold plate ติดโดยตรงกับส่วนประกอบที่ผลิตความร้อน หมุนเวียนของเหลวเพื่อระบายภาระความร้อน แนวทางนี้รวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานแร็คที่มีอยู่ได้ง่ายกว่าทางเลือก immersion

สถาปัตยกรรมไฮบริด รวมหลายแนวทาง CDU ให้บริการระบบ cold plate สำหรับส่วนประกอบที่มีความร้อนสูงสุดในขณะที่ RDHx จัดการภาระความร้อนที่เหลือจากส่วนประกอบที่หล่อเย็นด้วยอากาศ การรวมกันนี้เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อเย็นสูงสุดโดยไม่ต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมด

ความสอดคล้องกับ OCP รับประกันการทำงานร่วมกัน Nidec พัฒนาต้นแบบ Project Deschutes CDU ที่สอดคล้องกับข้อกำหนด Google Open Compute Project จัดแสดงที่ SC25⁴⁸ อินเทอร์เฟซมาตรฐานช่วยให้ส่วนประกอบทำงานร่วมกันได้ข้ามผู้จำหน่าย

วิวัฒนาการความหนาแน่นของแร็ค ยังคงขับเคลื่อนความต้องการ ตามข้อมูลของ Omdia แร็คต่ำกว่า 10kW คิดเป็น 47% ของความจุที่ติดตั้งในปี 2024 ลดลงเหลือ 38% ภายในปี 2025⁴⁹ ในขณะเดียวกัน แร็ค 10-20kW เพิ่มขึ้นจาก 27% เป็น 30% และแร็ค 20-30kW เพิ่มขึ้นจาก 24% เป็น 28%⁵⁰ การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเร่งการนำระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวมาใช้

ผู้จำหน่าย CDU รายใหญ่และการพัฒนาล่าสุด

ภูมิทัศน์การแข่งขันครอบคลุมบริษัทจัดการความร้อนที่ก่อตั้งแล้วและผู้เข้าใหม่ที่มุ่งเป้าโครงสร้างพื้นฐาน AI

Vertiv ให้โซลูชัน CDU ที่ครอบคลุมพร้อมทรัพยากรการศึกษาที่อธิบายพื้นฐานการหล่อเย็นด้วยของเหลว โครงการ AI Hub ของบริษัทวางตำแหน่งเทคโนโลยี CDU เป็นศูนย์กลางของโครงสร้างพื้นฐานรุ่นใหม่⁵¹

Schneider Electric เสริมความแข็งแกร่งตำแหน่งระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวผ่านการเข้าซื้อ Motivair ในเดือนกุมภาพันธ์ 2025⁵² พอร์ตโฟลิโอรวมตอบสนอง RDHx, CDU และโซลูชันการหล่อเย็นด้วยของเหลวแบบบูรณาการ

Supermicro เปิดตัวโซลูชันระดับแร็ค NVIDIA Blackwell พร้อม CDU ขนาด 250kW ในเดือนมิถุนายน 2025⁵³ ระบบแสดงการออกแบบการประมวลผลและการหล่อเย็นแบบบูรณาการสำหรับการใช้งานความหนาแน่นสูงสุด

Trane เสนอ CDU ระดับองค์กรที่มีความจุถึง 10MW สำหรับสภาพแวดล้อม hyperscale⁵⁴ บริษัทเน้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการบูรณาการกับโครงสร้างพื้นฐานความร้อนระดับสถานที่

Motivair พัฒนา ChilledDoor RDHx ที่มีความจุถึง 72kW ต่อแร็คพร้อมแพลตฟอร์ม CDU ที่ขยายได้ถึง 2.3MW⁵⁵ การเข้าซื้อโดย Schneider วางตำแหน่งเทคโนโลยีสำหรับการใช้งานทั่วโลกที่ขยายตัว

Submer เชี่ยวชาญด้าน immersion cooling พร้อมนวัตกรรมรวมถึงหุ่นยนต์บำรุงรักษาอัตโนมัติ⁵⁶ ความร่วมมือกับ Intel