什么是冷板式液冷？

冷板式液冷技術(shù)是通過(guò)冷板（通常是銅、鋁等高導(dǎo)熱金屬構(gòu)成的封閉腔體）將發(fā)熱元器件的熱量間接傳遞給封閉在循環(huán)管路中的冷卻液體，通過(guò)冷卻液體將熱量帶走的一種實(shí)現(xiàn)方式。

冷板式液冷的技術(shù)原理即利用工作流體作為中間熱量傳輸?shù)拿浇?將熱量由熱區(qū)傳遞到遠(yuǎn)端后再進(jìn)行冷卻。在該技術(shù)中，工作液體與被冷卻對(duì)象分離，工作液體不與電子器件直接接觸，而是通過(guò)液冷板等高效熱傳導(dǎo)部件將被冷卻對(duì)象的熱量傳遞到冷卻液中，因此冷板式液冷技術(shù)又稱為間接液冷技術(shù)。冷板式液冷技術(shù)原理如圖所示。

圖1 冷板式液冷技術(shù)原理

比熱容（Specific Heat Capacity，SHC）符號(hào)為 c，簡(jiǎn)稱比熱，也稱比熱容量,是熱力學(xué)中常用的一個(gè)物理量。它指在沒(méi)有相變化和化學(xué)變化時(shí)，單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量，其國(guó)際單位制中的單位是[J/（kgK ）]，即1kg 的物質(zhì)的溫度上升 1K（℃）所需的能量。一個(gè)物體的比熱容越大，物體的吸熱或散熱能力越強(qiáng)。

冷板式液冷技術(shù)用冷卻液替代空氣成為換熱介質(zhì)，將冷卻液直接導(dǎo)向發(fā)熱芯片模塊，通過(guò)間接接觸換熱，將發(fā)熱芯片產(chǎn)熱導(dǎo)出，降低芯片模塊的溫度，提高其計(jì)算性能。由于液體比空氣的比熱大，單位溫度變化所需吸收/放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣。以水為例，其每單位體積所傳輸?shù)臒崃考瓷嵝瘦^空氣高 3500 倍，可有效解決日漸升高的高密度服務(wù)器的散熱

問(wèn)題；由液冷代替風(fēng)冷，去除了風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，降低了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行能耗，并可有效降低噪聲，為實(shí)現(xiàn)“0 噪音機(jī)房”提供了可能。

與直接將主板和芯片模塊跟冷卻液接觸的直接式液冷技術(shù)(浸沒(méi))相比,冷板式液冷技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。

第一，冷板式液冷技術(shù)的冷卻液在冷板管路中流動(dòng)，并不與主板和芯片模塊直接接觸，其材料兼容性更好。在冷卻液的選擇上，可以只考慮冷卻液與循環(huán)管路和冷板之間的兼容性。

第二，冷板式液冷技術(shù)可以通過(guò)保留現(xiàn)有服務(wù)器主板的原始形態(tài)改裝實(shí)現(xiàn)，這種方式拆卸簡(jiǎn)單、安裝方便且技術(shù)成熟度高，產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)更可行。

但是，相比直接式液冷技術(shù)，冷板式液冷技術(shù)的冷卻液和發(fā)熱芯片的間接接觸，增加了傳熱過(guò)程的熱阻，使其換熱效果弱于直接式冷卻。

目前，大多數(shù)的冷板式液冷系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心還無(wú)法完全獨(dú)立運(yùn)行。也就是說(shuō)，除了大部分關(guān)鍵發(fā)熱器件的熱量采用微通道冷板液冷散熱外，仍然有一部分元器件采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷輔助散熱,“液冷占比”就是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),“液冷占比”就是將所有液冷覆蓋的發(fā)熱部件由液冷帶走的熱功率除以所有發(fā)熱部件的總功耗。如果液冷占比越少，風(fēng)冷占比越多，也就意味著冷卻效率越低。所以，盡可能地提升液冷對(duì)熱負(fù)荷的散熱占比,是所有液冷探索和研究的目標(biāo)。

這就好比一輛混合動(dòng)力汽車(chē)，即便采用了氫能、太陽(yáng)能等清潔能源，但如果這些清潔能源僅能保證很短的續(xù)航里程，耗盡后剩下的大量里程還是需要傳統(tǒng)的不可再生能源驅(qū)動(dòng)，那么這樣的嘗試所具有的先進(jìn)性和實(shí)用性就是有限的。

為了實(shí)現(xiàn)從“使用了液冷進(jìn)行散熱”到“完全用液冷進(jìn)行散熱”，極致液冷占比的終極目標(biāo)便是“無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)”。而對(duì)于工程師而言，首先面臨的挑戰(zhàn)就是如何使冷板和管道覆蓋大部分的重點(diǎn)發(fā)熱部件。

從只覆蓋發(fā)熱量大的 CPU、GPU 組件到將絕大多數(shù)組件納入回水通路,需要將各個(gè)部件重新優(yōu)化布局，設(shè)計(jì)合適且簡(jiǎn)單的串并聯(lián)管路，保證后端組件的冷卻品質(zhì)不會(huì)下降，同時(shí)還要考慮對(duì)泵系統(tǒng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)都是考驗(yàn)。高液冷占比冷板式液冷系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高液冷占比冷板式液冷系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)熱端部件進(jìn)行大量覆蓋后，提高冷板與發(fā)熱部件之間的傳熱效率,也是瓶頸所在。增強(qiáng)換熱一般有兩個(gè)手段：一是增加溫差；二是減小熱阻。但增加溫差，也就意味著降低回水溫度，對(duì)能效會(huì)有負(fù)面的影響。所以為了榨干液冷有限的能力，只能選擇第二種方式。

液冷系統(tǒng)的冷板采用了微通道技術(shù)，從工藝層面提高了制造精度。這種微通道結(jié)構(gòu)具有良好的流阻性能，內(nèi)部傳熱面積也大幅提高，最終能夠?qū)崿F(xiàn)泵在較低功率下實(shí)現(xiàn)較高傳熱效率的目標(biāo)。

本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心冷板式液冷散熱的優(yōu)勢(shì)？

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