當(dāng)機(jī)架式和機(jī)柜式計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)中心空間中的密度在增加時(shí)，溫度也在上升。

機(jī)架密度上升的核心是新一代的中央處理單元和圖形處理單元，它們在服務(wù)器中產(chǎn)生更高的熱功率密度。由于機(jī)架中有多個(gè)活動(dòng)部件，當(dāng)機(jī)架密度超過20kW時(shí)，通過室內(nèi)、排內(nèi)或基于機(jī)架的遏制系統(tǒng)等傳統(tǒng)方法，來冷卻空氣不再能夠吸收熱量。數(shù)據(jù)中心需要一年365天全天候的排熱系統(tǒng)，無故障。空氣冷卻系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到頂峰，而隨著高密度機(jī)架的功率達(dá)到30kW或更高，液體冷卻技術(shù)正成為降低溫度的主流。

在選擇合適的冷卻系統(tǒng)時(shí)需要考慮的因素包括：

• 機(jī)房大小

• 單機(jī)柜最大負(fù)載kW

• 冷卻機(jī)組數(shù)量

• 相對于室外的房間位置

• 天花板和活動(dòng)地板高度

•  未來擴(kuò)展需求

沒有適合所有數(shù)據(jù)中心的單一冷卻解決方案。但為了理解為什么液體冷卻方法越來越受到關(guān)注，讓我們后退一步，看看不同的系統(tǒng)。

空氣冷卻系統(tǒng)

空氣管理是風(fēng)冷系統(tǒng)熱管理的重要組成部分。傳統(tǒng)的空氣冷卻系統(tǒng)，如機(jī)房空調(diào)或機(jī)房空氣處理器，被設(shè)計(jì)用于冷卻整個(gè)房間。通常，這種方法可以將每個(gè)機(jī)架冷卻到15kW。空氣分配包括地板下送風(fēng)，開放式房間回風(fēng)，送風(fēng)和回風(fēng)，以及將熱空氣引導(dǎo)至增壓室回風(fēng)區(qū)域的垂直熱環(huán)。

行內(nèi)空氣冷卻系統(tǒng)通常放置在服務(wù)器和機(jī)架附近，并使用熱/冷通道控制方法。排集成式冷卻將冷空氣推到前部，并將熱廢氣排出機(jī)架和機(jī)柜的后部。通過將冷卻裝置放置在靠近熱源的地方，熱風(fēng)返回到空調(diào)或處理器的路徑長度可以顯著減少，最大限度地減少冷熱氣流混合的可能性。

基于機(jī)架的系統(tǒng)將冷卻單元專用于特定的機(jī)架。它們可以直接安裝到IT機(jī)架上或安裝在IT機(jī)架內(nèi)。氣流路徑甚至比基于行的冷卻系統(tǒng)中的氣流路徑更短，并且氣流不受房間內(nèi)的對象或房間約束（如門口）的影響。由于冷卻單元數(shù)量的增加，基于機(jī)架的冷卻成本可能會(huì)很高，從而導(dǎo)致更多的功耗。

液冷加速發(fā)展

液體冷卻，通過水或其他介質(zhì)液體，如礦物油或乙二醇，具有比空氣體積高得多的熱容，這意味著它可以處理更高密度的設(shè)備。其他好處包括降低能耗，降低OPEX，比空氣冷卻系統(tǒng)更安靜，并且占用數(shù)據(jù)中心的空間更少。

各種液體冷卻技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，以滿足高密度機(jī)架和機(jī)柜的冷卻要求，包括直接到芯片冷卻、機(jī)架/服務(wù)器冷卻和浸入式冷卻。這些工作原理是將冷液體泵到硬件附近或直接在硬件上進(jìn)行熱交換。液體不斷循環(huán)，幾乎與產(chǎn)生的熱量一樣快地排出熱量。

在芯片直接冷卻中，液體冷卻劑通過管道直接輸送到電子設(shè)備，如CPU或GPU，在那里熱量被吸收。這種液體從不直接接觸電子設(shè)備，而是通過將其轉(zhuǎn)化為蒸汽來“吸收”熱量，然后通過蒸發(fā)將熱量從it設(shè)備中帶走。

利用機(jī)架液體冷卻技術(shù)，機(jī)架后門用液體熱交換器代替。采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)，風(fēng)扇通過裝在機(jī)架后門處的充液線圈排出熱空氣。線圈在空氣進(jìn)入數(shù)據(jù)中心之前吸收熱量。主動(dòng)式換熱器包括風(fēng)扇，用于將空氣吸入盤管，并從更高密度的機(jī)架中排出熱量。

浸沒式冷卻，包括單相和兩相冷卻，正在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域取得進(jìn)展。浸入式冷卻包括將硬件浸入特殊的介質(zhì)液體中，包括，服務(wù)器甚至處理器，這種介質(zhì)液體傳導(dǎo)熱量而不導(dǎo)電。

單相涉及將電子元件浸入密封但易于接近的外殼中的電介質(zhì)液體中，在該外殼中，部件的熱量被傳遞到流體中。泵通常用于將被加熱的流體移動(dòng)到熱交換器，在那里它被冷卻并循環(huán)回到外殼中。

在兩相浸沒冷卻中，流體被煮沸和冷凝，以指數(shù)方式提高傳熱效率。電子元件直接浸泡在密封的介質(zhì)液體中，產(chǎn)生從液體中升起的蒸汽。蒸汽在罐內(nèi)的熱交換器(也稱為冷凝器)上冷凝，使流體再次回到其冷卻點(diǎn)。

總結(jié)

液冷需要額外的資本支出在硬件，昂貴的液體，安全裝置，以及專門的培訓(xùn)，以了解如何實(shí)施和使用這些系統(tǒng)。隨著下一代處理器和圖形處理器的快速發(fā)展，將新的硬件集成到現(xiàn)有的傳統(tǒng)風(fēng)冷服務(wù)器中可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

IT管理和數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員將面臨這樣一個(gè)問題：他們的服務(wù)器是否散發(fā)出足夠的熱量，以證明實(shí)施液體冷卻技術(shù)以支持更高密度機(jī)架的投資是合理的。這不可避免地包括權(quán)衡初始資本支出與數(shù)據(jù)中心生命周期內(nèi)的長期運(yùn)營支出節(jié)約。

本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備冷卻技術(shù)

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