Hệ thống làm mát lấy cảm hứng từ năng lượng hạt nhân của một công ty khởi nghiệp có thể giúp các trung tâm dữ liệu bền vững hơn.

Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) đang kéo theo sự mở rộng đáng kể của các trung tâm dữ liệu. Các trung tâm dữ liệu được dự báo sẽ chiếm từ 9 đến 17% tổng lượng điện tiêu thụ tại Hoa Kỳ vào cuối thập kỷ này. Hiện nay, khoảng một phần ba lượng điện của trung tâm dữ liệu được dành cho việc làm mát các chip chạy mô hình AI. Đó là quy trình mà Ferveret đang nỗ lực cải thiện hiệu quả. Công ty khởi nghiệp này, được thành lập bởi Reza Azizian, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về kỹ thuật hạt nhân tại MIT, và Matteo Bucci, Giáo sư Esther và Harold E. Edgerton thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân của MIT, đang áp dụng một phương pháp từ lò phản ứng hạt nhân để làm mát chip mà không cần nước và tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể. Hệ thống làm mát của công ty ngâm các máy chủ máy tính trong một chất lỏng chuyên dụng có khả năng hấp thụ nhiệt hiệu quả hơn nhiều so với không khí từ quạt. Điều làm cho giải pháp này khác biệt so với các hệ thống làm mát bằng chất lỏng khác là các bong bóng: giải pháp Làm mát Pha Thích ứng (APC) của Ferveret tạo ra các bong bóng nhỏ hơn nhiều trên bề mặt máy chủ, chúng tách ra thường xuyên hơn, đẩy nhanh quá trình truyền nhiệt. Ferveret đã và đang thử nghiệm các giải pháp của mình với các công ty bao gồm CleanSpark, nhà phát triển và vận hành trung tâm dữ liệu, cũng như FuriosaAI, một công ty tăng tốc AI, và Switch, một trong những nhà vận hành trung tâm dữ liệu lớn nhất tại Hoa Kỳ. Trong một nghiên cứu gần đây hợp tác với Khoa Khoa học Máy tính Samueli tại Đại học California ở Los Angeles, Ferveret nhận thấy giải pháp APC của họ đã cải thiện hiệu quả năng lượng tính toán 15% so với các giải pháp làm mát bằng chất lỏng tiên tiến nhất. Bằng cách kết hợp những khoản tiết kiệm đó với hệ thống kiểm soát năng lượng của Ferveret để tối ưu hóa điều kiện hoạt động, công ty cho biết họ cho phép các trung tâm dữ liệu nhận được nhiều hơn 35% token – các đoạn văn bản hoặc dữ liệu nhỏ – từ các mô hình AI của họ với cùng một lượng điện năng. Ông Azizian cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là làm cho các trung tâm dữ liệu bền vững nhất có thể và giúp họ sử dụng từng watt điện để tạo ra các token, vốn là những đầu ra hữu ích nhất. Hệ thống của chúng tôi cho phép vận hành các chip mạnh hơn, giúp các trung tâm dữ liệu lãng phí ít năng lượng hơn nhiều và đạt được tất cả những điều đó mà không tiêu thụ nước.” Từ lò phản ứng hạt nhân đến AI Ông Azizian là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT vào năm 2013 khi ông gặp ông Bucci, người khi đó là nhà khoa học nghiên cứu. Họ đã làm việc về truyền nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân trước khi ông Azizian chuyển sang ngành công nghiệp, nơi ông tập trung vào làm mát chip. Ông Azizian lần đầu tiên làm việc trên tai nghe thực tế tăng cường HoloLens của Microsoft và sau đó gia nhập Nvidia, công ty sản xuất các bộ xử lý đồ họa mà các công ty sử dụng để đào tạo và chạy các mô hình AI mới nhất. Trong khi đó, ông Bucci tiếp tục nghiên cứu tại MIT, trở thành trợ lý giáo sư vào năm 2016. Ông Azizian lần đầu tiên bước vào một trung tâm dữ liệu vào năm 2017, nơi ông bị ấn tượng bởi những chiếc quạt lớn, ồn ào lấp đầy tòa nhà khi chúng làm mát. Ông Azizian nhớ lại: “Tôi nghĩ, ‘Trời ơi, đây không phải là cách làm mát các cơ sở.’ Ông lưu ý rằng làm mát bằng không khí vẫn có thể chiếm 40% năng lượng đi vào một trung tâm dữ liệu. “Đó không phải là một cách làm hiệu quả, nhưng vì nó không ảnh hưởng đến hiệu suất, nên không ai quan tâm rằng công nghệ làm mát đã 50 năm tuổi.” Ông Azizian bắt đầu nói chuyện với ông Bucci về việc áp dụng kiến thức của họ về tối ưu hóa truyền nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân vào các trung tâm dữ liệu. Các nhà khoa học đã dành hàng thập kỷ để tìm ra những cách tốt hơn để di chuyển nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân. “Truyền nhiệt quyết định lượng năng lượng bạn có thể chiết xuất. từ lõi lò phản ứng, điều này trực tiếp chuyển thành doanh thu”, Azizian giải thích. Các nhà sáng lập đã thành lập Ferveret vào năm 2021. Nhiều điều đã thay đổi kể từ khi Azizian bước vào trung tâm dữ liệu đầu tiên của mình. Các công ty chip đã tích hợp ngày càng nhiều linh kiện vào chip của họ khi sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đã đặt ra yêu cầu cao về việc tận dụng tối đa khả năng tính toán từ nguồn cung cấp điện hạn chế. Điều đó đã thúc đẩy các nhà điều hành trung tâm dữ liệu sử dụng chất lỏng để làm mát chip – thường thông qua kỹ thuật làm mát bằng chất lỏng ngâm (immersion cooling) trong đó chip được nhúng vào chất lỏng. Hình thức làm mát bằng chất lỏng ngâm hiệu quả nhất là đưa chất lỏng đến điểm sôi. “Chất lỏng là môi trường truyền nhiệt tốt hơn không khí. Đó là lý do tại sao khi bạn nhúng tay vào nước ở nhiệt độ phòng, bạn vẫn cảm thấy lạnh”, Bucci giải thích. “Khi chất lỏng sôi, nó càng trở nên tốt hơn trong việc loại bỏ nhiệt vì sự thay đổi pha đòi hỏi nhiều năng lượng, đó là năng lượng bạn loại bỏ khỏi chip. Điều đó cho phép bạn truyền một lượng lớn nhiệt với sự chênh lệch nhiệt độ tối thiểu giữa chip và chất lỏng”. Tuy nhiên, chất lỏng sôi làm tăng độ phức tạp cho hệ thống vì nó buộc các nhà điều hành phải thu giữ và tái hóa lỏng các bong bóng đồng thời kiểm soát áp suất, nhiệt độ và lượng chất lỏng. Hệ thống của Ferveret được điều chỉnh từ một quy trình trong lò phản ứng hạt nhân gọi là sôi dưới nhiệt độ bão hòa (subcooled boiling). Nó sử dụng chất lỏng có điểm sôi thấp và không chứa các hóa chất PFAS “mãi mãi” độc hại mà các phương pháp khác dựa vào. Trên bề mặt chip, chất lỏng của Ferveret tạo ra các bong bóng nhỏ hơn so với các phương pháp làm mát bằng chất lỏng ngâm khác. Những bong bóng đó tách ra thường xuyên hơn và nhanh chóng ngưng tụ lại trong chất lỏng xung quanh, đẩy nhanh chu trình bong bóng-tái làm ướt trên bề mặt chip để tăng cường truyền nhiệt. Ferveret cung cấp hệ thống APC của mình trong các hộp nhỏ, mỗi hộp chứa một máy chủ. Các nhà sáng lập cho biết hệ thống mô-đun của họ giúp việc triển khai hệ thống dễ dàng hơn và đơn giản hóa việc bảo trì. “Vật lý cho phép chúng tôi đạt được các yếu tố hình thức mà trước đây không thể thực hiện được”, Azizian nói. “Hầu hết các giải pháp làm mát bằng chất lỏng ngâm là các bể lớn mà mọi người nhúng máy chủ vào. Chúng tôi có một giải pháp gắn trên giá đỡ mô-đun, nhỏ hơn, giúp nó thích ứng với cơ sở hạ tầng hiện tại, do đó mọi người dễ dàng triển khai công nghệ của chúng tôi hơn”. Ferveret cũng cung cấp phần mềm điều khiển điều chỉnh công suất cung cấp cho mỗi máy chủ theo thời gian thực để cải thiện hiệu quả hơn nữa. “Chúng tôi cung cấp các hệ thống toàn diện bao gồm hộp làm mát, giá đỡ, phân phối làm mát