Bộ Phân Phối Làm Mát: Hạ Tầng Làm Mát Bằng Chất Lỏng Cho Trung Tâm Dữ Liệu AI

Cập nhật ngày 11 tháng 12 năm 2025

Cập nhật tháng 12/2025: Thị trường làm mát bằng chất lỏng đạt 5,5 tỷ USD vào năm 2025, dự kiến đạt 15,8 tỷ USD vào năm 2030 (CAGR 23%). GPU H200 với TDP 700W yêu cầu làm mát bằng chất lỏng ở quy mô lớn. Rack NVIDIA Kyber (2027) sẽ yêu cầu 600kW-1MW mỗi rack. Supermicro ra mắt CDU 250kW, gấp đôi công suất trước đó. CDU đạt độ khả dụng 99,999% với kiến trúc dự phòng ba lớp và chuyển đổi dự phòng trong 100ms.

Năm 2025 đánh dấu thời điểm làm mát bằng chất lỏng chuyển từ công nghệ tiên phong sang tiêu chuẩn cơ bản. Không còn giới hạn trong các triển khai thử nghiệm, làm mát bằng chất lỏng hiện hoạt động như yếu tố then chốt cho hạ tầng AI.¹ Các nhà vận hành trung tâm dữ liệu triển khai GPU NVIDIA H200 phải đối mặt với tải nhiệt 700W mỗi thiết bị mà làm mát bằng không khí không thể loại bỏ hiệu quả về chi phí ở quy mô lớn.² Xu hướng này ngày càng tăng khi rack Kyber của NVIDIA, dự kiến ra mắt năm 2027, sẽ yêu cầu 600kW ban đầu và mở rộng đến 1MW mỗi rack, đòi hỏi hạ tầng làm mát bằng chất lỏng có khả năng loại bỏ tải nhiệt chưa từng có.³

Thị trường làm mát bằng chất lỏng cho trung tâm dữ liệu đạt 5,52 tỷ USD vào năm 2025 với dự báo đạt 15,75 tỷ USD vào năm 2030 với CAGR 23,31%.⁴ Các phân tích khác dự báo tăng trưởng từ 2,84 tỷ USD năm 2025 lên 21,15 tỷ USD vào năm 2032 với CAGR 33,2%.⁵ Bộ Phân Phối Làm Mát (CDU) hình thành hạ tầng trung tâm cho phép chuyển đổi này, quản lý tuần hoàn chất làm mát giữa hệ thống nước cơ sở và thiết bị CNTT trong khi duy trì nhiệt độ chính xác mà phần cứng AI yêu cầu.

CDU cho phép làm mát bằng chất lỏng ở quy mô lớn như thế nào

Bộ Phân Phối Chất Làm Mát đóng vai trò giao diện giữa hạ tầng làm mát cơ sở và hệ thống làm mát bằng chất lỏng cấp rack. CDU quản lý truyền nhiệt từ vòng thứ cấp phục vụ thiết bị CNTT đến vòng sơ cấp kết nối với chiller hoặc tháp giải nhiệt của cơ sở.

Kiến trúc trao đổi nhiệt sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm bằng thép không gỉ 316 tương thích với nhiều loại chất lỏng làm mát.⁶ Bộ trao đổi nhiệt cách ly vòng làm mát CNTT khỏi nước cơ sở, ngăn nhiễm bẩn đồng thời cho phép truyền nhiệt hiệu quả. Lưu lượng tối đa đạt 3.600 lít mỗi phút để hấp thụ và truyền nhiệt nhanh chóng.⁷

Kiểm soát nhiệt độ duy trì điều kiện chính xác. CDU đạt dải nhiệt độ từ -20°C đến +70°C tùy thuộc yêu cầu ứng dụng.⁸ Kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ ngăn GPU bị giảm hiệu năng do nhiệt và duy trì hiệu suất tính toán ổn định.

Quản lý áp suất cho phép linh hoạt trong lắp đặt. Áp suất đầu lớn hơn 50 psi cho phép đường ống dài hơn giữa CDU và rack máy chủ.⁹ Bơm đôi biến tần (VSD) cung cấp phản hồi động theo nhu cầu làm mát đồng thời nâng cao hiệu suất năng lượng.¹⁰

Tính năng độ tin cậy đảm bảo khả dụng. CDU hiện đại sử dụng kiến trúc dự phòng ba lớp với chế độ chờ nóng 1:1 cho các thành phần quan trọng.¹¹ Khi module chính gặp sự cố, hệ thống dự phòng chuyển đổi liền mạch trong vòng 100 mili giây, đạt độ khả dụng hệ thống 99,999%.¹²

Hiệu suất năng lượng mang lại tiết kiệm vận hành. So với các đơn vị làm mát bằng không khí, CDU tiêu thụ ít hơn 20-30% điện năng cho công suất làm mát tương đương.¹³ Lợi ích hiệu suất nhân lên trên các triển khai AI quy mô lớn nơi làm mát chiếm phần đáng kể trong tổng tiêu thụ điện năng.

Công suất CDU cho khối lượng công việc AI

Mật độ công suất máy chủ AI quyết định yêu cầu kích thước CDU. Một GPU NVIDIA GB200 đơn lẻ có TDP 1,2kW. Một máy chủ GB200 NVL72 điển hình với 8 GPU và 2 CPU đạt tổng TDP 10kW.¹⁴ Công suất CDU phải mở rộng để phù hợp với toàn bộ rack chứa các hệ thống này.

Cấu hình cơ bản giải quyết mật độ vừa phải. CDU Liquid-to-Air 10U của Boyd cung cấp công suất lên đến 15kW tùy thuộc vào tải nhiệt và yêu cầu nhiệt độ tiếp cận.¹⁵ Các đơn vị như vậy phù hợp với triển khai edge hoặc môi trường colocation mật độ thấp hơn.

Hệ thống tầm trung hỗ trợ rack mật độ cao. CF-CDU300 của Chilldyne làm mát lên đến 300kW máy chủ.¹⁶ Trong rack 42U tiêu chuẩn, các hệ thống đạt công suất làm mát cụm máy chủ 50kW cho phép hợp nhất khối lượng công việc AI đáng kể.¹⁷

Nền tảng công suất cao phục vụ triển khai hyperscale. CDU của Motivair cung cấp sáu model tiêu chuẩn và cấu hình OEM tùy chỉnh mở rộng đến 2,3MW tải CNTT.¹⁸ Supermicro ra mắt giải pháp rack-scale NVIDIA Blackwell vào tháng 6/2025 với CDU 250kW gấp đôi công suất trước đó.¹⁹

Hệ thống quy mô doanh nghiệp đáp ứng yêu cầu toàn trung tâm dữ liệu. CDU thế hệ mới của Trane cung cấp công suất làm mát lên đến 10MW cho làm mát bằng chất lỏng trực tiếp đến chip trong môi trường hyperscale và colocation.²⁰

Lập kế hoạch lắp đặt yêu cầu chú ý đến các ràng buộc vật lý. Khoảng cách lý tưởng giữa CDU và rack không nên vượt quá 20 mét.²¹ Khả năng chịu tải sàn phải đạt 800kg/m² vì CDU chứa đầy có thể nặng đến 3 tấn.²² Yêu cầu không gian bảo trì bao gồm 1,2 mét phía trước và sau cộng 0,6 mét phía trên cho kết nối đường ống.²³

Bộ trao đổi nhiệt cửa sau cho nâng cấp cơ sở hiện có

Bộ Trao Đổi Nhiệt Cửa Sau (RDHx) gắn trên mặt sau rack máy chủ, loại bỏ nhiệt từ không khí thải trước khi nó đi vào môi trường trung tâm dữ liệu.²⁴ Công nghệ này cho phép hưởng lợi từ làm mát bằng chất lỏng mà không cần thay thế các máy chủ làm mát bằng không khí hiện có.

Hiệu suất làm mát vượt trội đáng kể so với phương pháp chỉ dùng không khí. Làm mát bằng không khí truyền thống hoạt động kém hiệu quả hơn 30-60% so với cấu hình RDHx.²⁵ Sự cải thiện nhân lên trong môi trường mật độ cao nơi làm mát bằng không khí khó duy trì nhiệt độ.

Tiến hóa công suất đáp ứng mật độ rack ngày càng tăng. ChilledDoor của Motivair làm mát lên đến 72kW mỗi rack.²⁶ OptiCool Technologies ra mắt RDHx công suất cao nhất ngành 120kW vào tháng 9/2025, được xây dựng đặc biệt cho khối lượng công việc AI và HPC thế hệ tiếp theo.²⁷

Phương pháp làm mát độc quyền đẩy ranh giới hiệu suất. Thiết kế chất làm lạnh hai pha của OptiCool sử dụng nhiệt động lực học chuyển pha, loại bỏ nhiệt từ rack và trả lại không khí ở nhiệt độ môi trường trung tính phòng.²⁸ Phương pháp này đạt hiệu suất truyền nhiệt cao hơn hệ thống chất lỏng một pha.

Thiết kế chủ động so với thụ động mang lại các đánh đổi khác nhau. RDHx thụ động chỉ dựa vào luồng không khí từ quạt máy chủ, mang lại hiệu suất năng lượng và đơn giản.²⁹ RDHx chủ động tích hợp quạt bên trong cho mật độ nhiệt cao hơn, tiêu thụ nhiều điện hơn nhưng cung cấp tính linh hoạt cao hơn cho môi trường tính toán hiệu năng cao.³⁰

Tương thích hạ tầng cũ làm RDHx hấp dẫn cho triển khai brownfield. Cải tạo rack máy chủ làm mát bằng không khí hiện có có chi phí thấp hơn và ít gây gián đoạn hơn so với chuyển đổi sang máy chủ làm mát bằng chất lỏng.³¹ Khối lượng công việc suy luận AI chạy trên phần cứng làm mát bằng không khí được hưởng lợi từ RDHx mà không cần đại tu hạ tầng toàn cơ sở.³²

Tiêu chuẩn hóa ngành tăng tốc thông qua Open Compute Project. Dự án Phụ Bộ Trao Đổi Nhiệt Cửa tập trung vào phát triển, tích hợp và tiêu chuẩn hóa RDHx trong khuôn khổ ORV3 (Open Rack Version 3).³³ Schneider Electric mua lại cổ phần kiểm soát trong Motivair vào tháng 2/2025 để tăng cường vị thế thị trường làm mát bằng chất lỏng.³⁴

Làm mát ngâm cho mật độ tối đa

Làm mát ngâm nhấn chìm máy chủ trong chất lỏng điện môi dẫn nhiệt bên trong các bể kín.³⁵ Phương pháp này cho phép triển khai mật độ cao nhất đồng thời giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng làm mát.

Ngâm một pha giữ chất lỏng ở trạng thái lỏng xuyên suốt. Tuần hoàn chất làm mát qua bộ trao đổi nhiệt loại bỏ nhiệt hấp thụ.³⁶ Phương pháp này giảm nhu cầu điện gần một nửa so với làm mát bằng không khí truyền thống, cắt giảm phát thải CO2 lên đến 30%, và hỗ trợ giảm 99% tiêu thụ nước.³⁷

Ngâm hai pha đun sôi chất lỏng thành hơi tại nguồn nhiệt. Cuộn ngưng tụ trả hơi về trạng thái lỏng.³⁸ Hệ thống hai pha đạt hiệu suất cao hơn trong việc rút lượng nhiệt lớn, làm chúng phù hợp hơn cho hạ tầng HPC và AI.³⁹

Cải thiện mật độ biến đổi kinh tế trung tâm dữ liệu. Làm mát ngâm cho phép các nhà vận hành đóng gói nhiều hơn 10-15 lần năng lực tính toán trong cùng diện tích, trực tiếp chuyển thành thời gian thu hồi vốn nhanh hơn cho dịch vụ AI.⁴⁰ Sự hợp nhất giảm yêu cầu bất động sản đồng thời tăng công suất trên mỗi mét vuông.

Hiệu suất năng lượng đạt mức ấn tượng. Theo Submer, làm mát ngâm giảm tiêu thụ năng lượng hệ thống làm mát lên đến 95%.⁴¹ Khoản tiết kiệm bù đắp chi phí vốn cao hơn trong suốt vòng đời triển khai.

Xác nhận từ ngành xây dựng niềm tin. Intel và Shell đã xác nhận giải pháp ngâm đầy đủ với phần cứng từ Supermicro và Submer, thiết lập "Intel Data Center Certified for Immersion Cooling" như tiêu chuẩn ngành cho hiệu suất làm mát.⁴² Submer giới thiệu robot tự động cho bảo trì bể ngâm, đơn giản hóa việc xử lý máy chủ.⁴³

Cân nhắc chi phí đòi hỏi phân tích cẩn thận. Triển khai ngâm toàn diện yêu cầu bể chuyên dụng, giá đỡ chịu tải, hệ thống phát hiện rò rỉ, và thiết bị xử lý chất làm mát đẩy chi phí lắp đặt mỗi rack vượt quá 50.000 USD, gấp khoảng ba lần hệ thống không khí tương đương.⁴⁴ Cải tạo các cơ sở đang hoạt động tăng thêm độ phức tạp vì các plenum sàn, máng cáp, và đường điện cần định tuyến lại trong khi duy trì thời gian hoạt động.⁴⁵

Độ trưởng thành công nghệ tiếp tục tiến triển. Ngâm vẫn còn tương đối non trẻ với dữ liệu lịch sử tối thiểu về hiệu suất và độ tin cậy dài hạn.⁴⁶ Tuy nhiên, việc áp dụng ngày càng tăng bởi các hyperscaler và nhà cung cấp hạ tầng AI xây dựng kinh nghiệm vận hành nhanh chóng.

Ngăn xếp công nghệ làm mát bằng chất lỏng

Các công nghệ làm mát khác nhau giải quyết các kịch bản triển khai khác nhau. Phương pháp tối ưu phụ thuộc vào mật độ nhiệt, hạ tầng hiện có, và yêu cầu vận hành.

Làm mát tấm lạnh (trực tiếp đến chip hoặc D2C) đại diện cho phân khúc tăng trưởng nhanh nhất.⁴⁷ Tấm lạnh gắn trực tiếp vào các thành phần sinh nhiệt, tuần hoàn chất lỏng để loại bỏ tải nhiệt. Phương pháp này tích hợp với hạ tầng rack hiện có dễ dàng hơn các giải pháp ngâm thay thế.

Kiến trúc lai kết hợp nhiều phương pháp. CDU phục vụ hệ thống tấm lạnh cho các thành phần nhiệt cao nhất trong khi RDHx xử lý tải nhiệt còn lại từ các thành phần làm mát bằng không khí. Sự kết hợp tối đa hóa hiệu suất làm mát mà không yêu cầu thay thế hạ tầng toàn diện.

Tuân thủ OCP đảm bảo khả năng tương tác. Nidec phát triển nguyên mẫu CDU Project Deschutes tuân thủ thông số kỹ thuật Google Open Compute Project, trưng bày tại SC25.⁴⁸ Giao diện tiêu chuẩn hóa cho phép tương tác thành phần giữa các nhà cung cấp.

Tiến hóa mật độ rack tiếp tục thúc đẩy yêu cầu. Theo Omdia, rack dưới 10kW chiếm 47% công suất lắp đặt vào năm 2024, giảm xuống 38% vào năm 2025.⁴⁹ Trong khi đó, rack 10-20kW tăng từ 27% lên 30%, và rack 20-30kW tăng từ 24% lên 28%.⁵⁰ Sự thay đổi mật độ tăng tốc việc áp dụng làm mát bằng chất lỏng.

Các nhà cung cấp CDU lớn và phát triển gần đây

Bối cảnh cạnh tranh bao gồm các công ty quản lý nhiệt đã thành lập và các đơn vị mới gia nhập nhắm vào hạ tầng AI.

Vertiv cung cấp giải pháp CDU toàn diện với tài nguyên giáo dục giải thích các nguyên tắc cơ bản về làm mát bằng chất lỏng. Sáng kiến AI Hub của công ty định vị công nghệ CDU là trung tâm của hạ tầng thế hệ tiếp theo.⁵¹

Schneider Electric củng cố vị thế làm mát bằng chất lỏng thông qua việc mua lại Motivair vào tháng 2/2025.⁵² Danh mục kết hợp giải quyết RDHx, CDU, và giải pháp làm mát bằng chất lỏng tích hợp.

Supermicro ra mắt giải pháp rack-scale NVIDIA Blackwell với CDU 250kW vào tháng 6/2025.⁵³ Các hệ thống thể hiện thiết kế tính toán và làm mát tích hợp cho triển khai mật độ tối đa.

Trane cung cấp CDU quy mô doanh nghiệp đạt công suất 10MW cho môi trường hyperscale.⁵⁴ Công ty nhấn mạnh hiệu suất năng lượng và tích hợp với hạ tầng nhiệt cấp cơ sở.

Motivair phát triển RDHx ChilledDoor đạt 72kW mỗi rack cùng với nền tảng CDU mở rộng đến 2,3MW.⁵⁵ Việc Schneider mua lại định vị công nghệ cho triển khai toàn cầu mở rộng.

Submer chuyên về làm mát ngâm với đổi mới bao gồm robot bảo trì tự động.⁵⁶ Sự hợp tác Intel