การระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับศูนย์ข้อมูลคือการใช้ของเหลวหมุนเวียนแทนอากาศในการพาความร้อนออกจากโปรเซสเซอร์ที่ชิป เมื่อความหนาแน่นกำลังของเซิร์ฟเวอร์เพิ่มขึ้น ผู้ให้บริการคลาวด์และผู้ผลิตอุปกรณ์จึงนำวิธีนี้มาใช้เพื่อจัดการภาระความร้อนของโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงและฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ที่จัดวางอย่างหนาแน่น
ในวงจรการระบายความร้อนแบบไกลคอล ต้องมีการตรวจสอบสภาพของสารหล่อเย็นเพื่อช่วยรักษาความเชื่อถือได้ของระบบ การป้องกันการกัดกร่อน และประสิทธิภาพความร้อนที่คงที่ pH และ conductivity เป็นสองพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้ติดตามสภาวะของสารหล่อเย็นในระบบเหล่านี้
ศูนย์ข้อมูลมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในภูมิทัศน์โครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลระดับโลก ผู้ให้บริการคลาวด์ (CSPs) เช่น Google, Microsoft, Amazon, Meta, Alibaba และ Tencent กำลังลงทุนในศูนย์ข้อมูลขนาดไฮเปอร์สเกลเพื่อรองรับความต้องการด้าน AI และการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น
ชิป AI รุ่นใหม่ในปัจจุบันสร้างความร้อนมากกว่า 1,000 W ต่อชิป ผลักดันความหนาแน่นของแร็คเซิร์ฟเวอร์ไปที่ 100 kW หรือมากกว่า หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPUs) ถูกจัดเรียงให้หนาแน่นกว่าที่เคย ทำให้เกิดความท้าทายด้านความร้อนซึ่งมักเกินขีดจำกัดที่ใช้งานได้จริงของการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม เพื่อรับมือกับปัญหานี้ อุตสาหกรรมจึงกำลังเปลี่ยนไปใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวอย่างรวดเร็ว ในช่วงการเปลี่ยนผ่านนี้ การระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงแบบเฟสเดียว (DLC) กำลังกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหนาแน่นสูง
ทำความเข้าใจกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE)
ก่อนที่จะเปรียบเทียบการระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยของเหลว สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจคำว่า Power Usage Effectiveness (PUE) โดยนิยามแล้ว PUE คือเมตริกมาตรฐานของอุตสาหกรรมที่ใช้วัดประสิทธิภาพการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล คำนวณโดยนำพลังงานรวมของสถานที่หารด้วยพลังงานที่ใช้อุปกรณ์ไอที (เซิร์ฟเวอร์ ที่จัดเก็บข้อมูล และเครือข่าย)
PUE = พลังงานรวมของสถานที่ / พลังงานของอุปกรณ์ไอที
ตัวอย่างเช่น หากศูนย์ข้อมูลใช้พลังงานรวม 150 kW และอุปกรณ์ไอทีใช้ 100 kW ค่า PUE จะเป็น:
PUE = 150 kW/100 kW = 1.5.
ค่า PUE ที่เหมาะสมคือ 1.0 หมายความว่าทุกวัตต์ที่เข้าสู่อาคารถูกนำไปใช้โดยตรงกับการประมวลผล ค่าใดๆ ที่สูงกว่า 1.0 แสดงถึง “ค่าใช้จ่ายส่วนเกิน” ที่ใช้กับโครงสร้างพื้นฐาน เช่น การระบายความร้อน แสงสว่าง และการจ่ายพลังงาน ดังนั้น PUE ที่ 1.5 หมายความว่าสำหรับพลังงาน 1.0 kW ที่ใช้โดยเซิร์ฟเวอร์ จะมีการใช้พลังงานเพิ่มเติมอีก 0.5 kW กับระบบสนับสนุน เนื่องจากศูนย์ข้อมูลใช้พลังงานจำนวนมาก CSPs จึงต้องขออนุมัติเพื่อสร้างศูนย์ข้อมูล หน่วยงานกำกับดูแลได้กำหนดข้อบังคับที่กำหนดให้ต้องมีค่า PUE ต่ำ ในศูนย์ข้อมูลแบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม การระบายความร้อนมักใช้พลังงาน 30% ถึง 40% ของพลังงานรวมของสถานที่ เพื่อให้ได้ PUE ที่ต่ำลง CSPs จึงกำลังเปลี่ยนไปใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลว
การระบายความร้อนด้วยอากาศใช้พัดลมเพื่อพาอากาศแวดล้อมผ่านชิ้นส่วนต่างๆ เนื่องจากอากาศมีความจุความร้อนเชิงปริมาตรต่ำ วิธีนี้จึงมีประสิทธิภาพน้อยกว่า และมักส่งผลให้ค่า PUE อยู่ในช่วง 1.4–1.6 ในทางตรงกันข้าม การระบายความร้อนด้วยของเหลวใช้ของเหลวที่มีความสามารถในการพาความร้อนได้เกือบ 3,500 เท่าของอากาศ การดึงความร้อนโดยตรงที่ชิปผ่านแผ่นระบายความร้อนช่วยลดความจำเป็นในการใช้พัดลมที่กินพลังงานสูงและระบบทำความเย็นระดับห้อง การเพิ่มประสิทธิภาพนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านการระบายความร้อนลงอย่างมาก ทำให้รองรับความหนาแน่นของเซิร์ฟเวอร์สูงได้ และผลักดันค่า PUE ให้ลดลงอยู่ที่ 1.2 หรือต่ำกว่า ลดทั้งต้นทุนพลังงานและการปล่อยคาร์บอน แม้ว่าการระบายความร้อนด้วยของเหลวจะช่วยปรับปรุง PUE แต่ก็ยังนำมาซึ่งความเสี่ยงใหม่ๆ ด้านการปฏิบัติงานและวัสดุ ซึ่งจำเป็นต้องมีการตรวจสอบสารหล่อเย็นอย่างเข้มงวด
การเปลี่ยนไปใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวนำมาซึ่งความเสี่ยงทางกายภาพและการปฏิบัติงานที่สำคัญ โดยหลักแล้วเกี่ยวข้องกับการรั่วไหลของน้ำยาหล่อเย็นและศักยภาพที่จะก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อฮาร์ดแวร์
ความขัดข้องทางกลมักเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อแบบถอดเร็ว เนื่องจากการประกอบไม่แน่นหรือโอริงสึกหรอ นอกจากนี้ แรงสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องจากปั๊มกำลังสูงอาจทำให้เกิดรอยร้าวจากความล้าในแมนิโฟลด์และแผ่นทำความเย็นผนังบาง
นอกเหนือจากการสึกหรอทางกายภาพแล้ว การเสื่อมสภาพของน้ำยาหล่อเย็นเป็นความเสี่ยงที่ต้องได้รับการจัดการ น้ำยาหล่อเย็นที่มีไกลคอลเป็นฐานต้องได้รับการเฝ้าติดตามอย่างใกล้ชิดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและความเสียหายต่อฮาร์ดแวร์ของเซิร์ฟเวอร์
การตรวจสอบของไหลแบบเรียลไทม์ควรถูกมองว่าเป็นส่วนสำคัญของสถาปัตยกรรมวงจรระบายความร้อน ไม่ใช่เพียงส่วนเสริม
แนวทางของ Open Compute Project (OCP) ระบุให้การเฝ้าติดตามค่า pH ค่าการนำไฟฟ้า ความเข้มข้นของโพรพิลีนไกลคอล 25% (PG25) อัตราการไหล อุณหภูมิ และอนุภาคแขวนลอย เป็นพื้นฐานที่ใช้งานได้จริง
ดังนั้น เซนเซอร์ pH และเซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า จึงมักติดตั้งไว้ภายใน Cooling Distribution Unit (CDU) ในฐานะวิธีหลักในการตรวจสอบสภาพของสารหล่อเย็น เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ ขอแนะนำให้ใช้เซนเซอร์สำรอง ณ จุดควบคุมที่สำคัญ
ในเดือนกันยายน 2025 NVIDIA ได้เผยแพร่ข้อกำหนดของ CDU ซึ่งรวมถึงคำแนะนำสำหรับการตรวจสอบคุณภาพของสารหล่อเย็น ข้อกำหนดดังกล่าวระบุให้ pH, ค่าการนำไฟฟ้า และความขุ่น เป็นพารามิเตอร์สำคัญสามประการสำหรับการตรวจสอบคุณภาพของสารหล่อเย็น
สารหล่อเย็นที่มีส่วนผสมของไกลคอลโดยทั่วไปจะถูกกำหนดสูตรให้มีสารยับยั้งแบบเกลือที่ป้องกันการกัดกร่อนเป็นส่วนประกอบสำคัญ หากไม่มีสารเหล่านี้ สารหล่อเย็นจะสร้างความเสียหายรุนแรงให้กับระบบทำความเย็นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า สารยับยั้งในสารหล่อเย็นช่วยปกป้องระบบทำความเย็นผ่านกลไกหลักสองประการ:
สร้างฟิล์มบนพื้นผิวโลหะ ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันทางกายภาพที่ป้องกันไม่ให้ออกซิเจนและน้ำก่อให้เกิดออกซิเดชัน
บัฟเฟอร์ที่เป็นด่างจะทำให้กรดอินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อไกลคอลเสื่อมสภาพลงตามเวลาเป็นกลาง ช่วยให้สารหล่อเย็นคงตัวและไม่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน
เซนเซอร์ pH InPro™ 4260i ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในสารหล่อเย็น โดยในเซนเซอร์ที่ใช้ไดอะแฟรมเซรามิกแบบดั้งเดิม รูพรุนขนาดเล็กอาจอุดตันได้อย่างรวดเร็วจากอนุภาคละเอียดที่หลุดออกมาจากส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งทำให้การวัดไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากการปนเปื้อนของไดอะแฟรมทำให้เกิดศักย์การแพร่ที่ไม่พึงประสงค์และบิดเบือนค่าที่อ่านได้
InPro 4260i มาพร้อมกับ Xerolyt™ ซึ่งเป็นอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์แข็งที่ช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้ไดอะแฟรม แทนที่จะเป็นเช่นนั้น ระบบอ้างอิงจะเชื่อมต่อกับตัวกลางที่วัดผ่านจุดเชื่อมต่อแบบเปิด อนุภาคขนาดเล็กมากที่ไปสะสมอยู่ในจุดเชื่อมต่อจึงสามารถถูกชะล้างออกได้ ไม่ว่าจะโดยการไหลของของเหลวในกระบวนการหรือการล้างเป็นระยะ
เซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า UniCond™ ซึ่งมีวงจรวัดและเซนเซอร์อุณหภูมิในตัว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบสารหล่อเย็นที่มีไกลคอลซึ่งต้องการการวัดค่าการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ METTLER TOLEDO ยังผสานการกำหนดค่าเชิงกลมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับเข้ากับอัลกอริทึมการชดเชยอุณหภูมิสำหรับการวัดค่าการนำไฟฟ้า โดยมีอัลกอริทึมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าได้สูงสุด 10 แบบ รวมถึงแบบสำหรับเอทิลีนไกลคอลด้วย
เซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า UniCond แบบ 2 ขั้วไฟฟ้าและแบบ 4 ขั้วไฟฟ้าต่างก็เหมาะสำหรับการใช้งานในสารหล่อเย็นที่มีไกลคอล ขึ้นอยู่กับความต้องการและการออกแบบเฉพาะของวงจรหล่อเย็น
ในด้านการเชื่อมต่อกระบวนการ มีเซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้าแบบไม่มีเกลียวให้เลือกใช้ เพื่อตอบโจทย์ความกังวลเกี่ยวกับการขันเกลียวผิด การรั่วซึม การหยด และความเสี่ยงที่ระบบจะปนเปื้อนจากสารซีลเกลียวหรือเทป PTFE
ในกรณีดังกล่าว เซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้าพร้อม Tri-Clamp เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ให้โซลูชันซึ่งทนต่อการรั่วซึมและติดตั้งง่าย ช่วยแก้ไขความกังวลเหล่านี้ไปพร้อมกับคงประสิทธิภาพในการวัดไว้
ทั้งเซนเซอร์ pH และเซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้าที่กล่าวถึงเป็นแบบดิจิทัลและมาพร้อมกับเทคโนโลยี Intelligent Sensor Management (ISM™) ของ METTLER TOLEDO ฟีเจอร์ Plug and Measure ของ ISM ช่วยให้เริ่มต้นใช้งานได้รวดเร็ว ปราศจากข้อผิดพลาด และเพิ่มความน่าเชื่อถือของการวัด
นอกจากนี้ ISM ยังมีการวินิจฉัยเซนเซอร์เชิงคาดการณ์เพื่อการบำรุงรักษาตามปกติอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถกำหนดตารางล่วงหน้าได้ ช่วยลดเวลาหยุดทำงานของจุดวัดที่ไม่คาดคิด
เมื่อศูนย์ข้อมูลพึ่งพาการระบายความร้อนด้วยของเหลวเพื่อรองรับภาระความร้อนที่สูงขึ้นและความหนาแน่นของแร็กที่มากขึ้น การตรวจสอบสารหล่อเย็นที่เชื่อถือได้จึงกลายเป็นส่วนหลักของการออกแบบระบบ เนื่องจากสถานที่เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ทำงานได้โดยต้องมีการแทรกแซงจากหน้างานอย่างจำกัด ความทนทานของเซนเซอร์ ความเสถียรของการวัด และประสิทธิภาพในการบำรุงรักษาจึงเป็นข้อกำหนดที่สำคัญ
สำหรับสารหล่อเย็นที่มีส่วนผสมของไกลคอล หมายถึงการติดตามค่า pH เทียบกับช่วงการทำงานที่เป็นด่างของสูตร ซึ่งโดยทั่วไปคือ pH 8.0 ถึง 10.5 และติดตามแนวโน้มค่าการนำไฟฟ้าเทียบกับค่าเริ่มต้นที่กำหนดไว้แทนที่จะใช้ค่าคงที่ เซนเซอร์ pH InPro 4260i และ เซนเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า UniCond ครอบคลุมพารามิเตอร์ทั้งสอง ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานติดตามสภาพของสารหล่อเย็น สนับสนุนการควบคุมการกัดกร่อน และรักษาประสิทธิภาพทางความร้อนให้คงที่
Bryant Wai is an industry expert with over a decade of experience in analytical instrumentation and process applications. Additionally, he is central to METTLER TOLEDO's data center cooling segment. Bryant has extensive experience across the entire value chain - working closely with system fabricators, integrators, and end-users. His deep technical proficiency ensures customers receive high-performance measurement solutions.