伴隨著云計算，大數(shù)據(jù)，特別是人工智能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)越來越熱。承擔(dān)大量數(shù)據(jù)計算和存儲的數(shù)據(jù)中心，需要更高效來滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。在解決高熱密度數(shù)據(jù)中心的散熱問題方面，液冷具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，同時能耗更低。

液冷是指使用高比熱容的液體作為熱量傳輸?shù)墓べ|(zhì)滿足服務(wù)器等IT設(shè)備散熱需求的冷卻方式。在上個世紀(jì)60年代，IBM的大型計算機(jī)就成功采用水冷技術(shù)，目前液冷技術(shù)主要應(yīng)用于計算機(jī)和IT領(lǐng)域的高性能計算。

液冷依據(jù)液體與發(fā)熱器件的接觸方式，可分為直接接觸型液冷和間接接觸型液冷。

一、浸沒式液冷

浸沒式液冷是典型的直接接觸型液冷，將發(fā)熱元件浸沒在冷卻液中，依靠液體的流動循環(huán)帶走IT設(shè)備運行產(chǎn)生的熱量。

浸沒式液冷由于發(fā)熱元件與冷卻液直接接觸，散熱效率更高，噪音更低（完全沒有風(fēng)扇），解決更高熱密度和更加節(jié)能。

目前主流方法是將服務(wù)器浸沒在特殊設(shè)計的箱體中或為服務(wù)器定制設(shè)計的外殼里，但是這一架構(gòu)降低了數(shù)據(jù)中心建筑空間利用率，在不改變現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心部署架構(gòu)的前提下，外殼將每一個服務(wù)器和冷卻液包裹起來，適當(dāng)優(yōu)化了空間利用率。

①單相液冷

指冷卻液在循環(huán)散熱過程中沒有發(fā)生相變，維持液態(tài)。單相液冷要求冷卻液沸點高，冷卻液揮發(fā)流失控制相對簡單，與IT設(shè)備的元器件兼容性高，冷卻介質(zhì)受污染較小，但相對于兩相液冷其效率較低。目前公布的浸沒式液冷案例絕大部分的是采用單相液冷系統(tǒng)。

②兩相液冷

指冷卻液在循環(huán)散熱過程中發(fā)生了相變。兩相液冷傳熱效率更高，并且無需泵體驅(qū)動流體的循環(huán)，但是冷卻液揮發(fā)流失控制相對復(fù)雜，密閉的箱體雖然可以解決冷卻液揮發(fā)流失的問題，但由于發(fā)生了相變導(dǎo)致箱體的壓力發(fā)生變化，壓力容器的設(shè)計生產(chǎn)需嚴(yán)格的監(jiān)管以確保使用的安全。冷卻液介質(zhì)易受污染，需要預(yù)處理和污染控制來確保系統(tǒng)的正常運行。

二、冷板式液冷

主要發(fā)熱器件固定在冷板上，依靠流經(jīng)冷板的液體將熱量帶走達(dá)到散熱的目的，是典型的間接接觸型液冷，由于硬盤，電源等其它發(fā)熱部件依然需要風(fēng)扇驅(qū)動空氣來散熱，目前采用冷板式液冷的服務(wù)器也稱為氣液雙通道服務(wù)器。

冷板式液冷技術(shù)經(jīng)過幾年的發(fā)展相對成熟，BAT等互聯(lián)網(wǎng)巨頭分別展示了其冷板式液冷服務(wù)器，并且冷板式液冷服務(wù)器對于目前的數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)影響不大，具有低噪音，高能效以及低總體擁有成本的特點，可解決較高熱密度的數(shù)據(jù)中心的散熱問題。

三、冷卻液主要類型

①氟化液

氟化液是目前應(yīng)用最廣泛的浸沒式冷卻液，起初作用是線路板清潔液，由于其絕緣且不燃的惰性特點被應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)中，但價格最為昂貴。

②礦物油

單相礦物油無味無毒不易揮發(fā)，是一種環(huán)境友好、價格相對低廉的絕緣冷卻液，但由于礦物油粘性較高比較容易殘留，且易分解，是可燃性物質(zhì)，在某些特定條件下還是具有燃燒的風(fēng)險。

③水

主要是去離子水。水具有較高的比熱容，是一種良好的散熱媒介，價格低廉環(huán)境友好無污染，并且與現(xiàn)有的系統(tǒng)兼容。但由于水是非絕緣體，只能應(yīng)用于非直接接觸型液冷技術(shù)中，一旦發(fā)生泄漏會對IT設(shè)備造成致命損害。

主要驅(qū)動力

液冷技術(shù)以往主要服務(wù)于傳統(tǒng)的高性能計算領(lǐng)域，主要需求驅(qū)動包括：人工智能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，降低數(shù)據(jù)中心的運行成本，邊緣計算等，使數(shù)據(jù)中心運行于更高的密度狀態(tài)，液冷已經(jīng)成為比風(fēng)冷技術(shù)更高效的制冷解決方案。

從傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)到直接、間接風(fēng)側(cè)自然冷卻的AHU，風(fēng)冷系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，液體載熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，采用液體冷卻液可大幅降低數(shù)據(jù)中心的能源利用率, 已公布的數(shù)據(jù)中心浸沒式液冷的PUE值（1.05）相比風(fēng)冷系統(tǒng)的PUE值（1.3-1.5），能效成果非常顯著。

CPU、GPU,、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）和ASIC（專用集成電路）在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)快速增長，推高了數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的功率密度。

液冷技術(shù)的高效，可滿足場地電力容量不足的條件下部署更高密度。據(jù)估算，將有超過20%的邊緣計算數(shù)據(jù)中心會采用液冷技術(shù)。

主要阻礙

雖然液冷技術(shù)具有諸多優(yōu)點，并且市場驅(qū)動力使液冷技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用具備了堅實基礎(chǔ)，但液冷技術(shù)仍有如下幾個問題。

水中的離子、礦物油和氟化物的空氣接觸污染，都具有潛在腐蝕IT設(shè)備的風(fēng)險；制冷架構(gòu)顆粒度過低，造成運行與維護(hù)變得復(fù)雜；缺乏大規(guī)模應(yīng)用案例，缺乏相應(yīng)的國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持；目前數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計是基于風(fēng)冷系統(tǒng)架構(gòu)，所以液冷技術(shù)的空間利用率低。

液冷技術(shù)對于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心的制冷架構(gòu)是一個巨大的挑戰(zhàn)，同時也是巨大的機(jī)遇，隨著液冷技術(shù)的不斷完善，必將在數(shù)據(jù)中心制冷領(lǐng)域占據(jù)重要的地位。

本文標(biāo)題：液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

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