一種用于數(shù)據(jù)中心的間接液冷系統(tǒng)的設(shè)計與性能研究

作者：蘭洋科技????瀏覽量：4561????時間：2023年06月19日????標簽: 邊緣計算液冷系統(tǒng) 風冷散熱

01背景介紹

數(shù)據(jù)的爆炸式增長極大地沖擊了集中式云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，原有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心已不能滿足新興技術(shù)的要求。因此，具有高可靠性和低時延的邊緣計算數(shù)據(jù)中心應(yīng)運而生。邊緣數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模呈現(xiàn)出一體化機柜的整體形態(tài)，具有高帶寬、低時延、規(guī)模小、部署靈活等優(yōu)勢。但是大部分散熱模塊集成在機柜底部，會導致機柜內(nèi)垂直方向的冷卻液量分布不均勻。因此，要進一步實現(xiàn)高性能計算能力的部署，提高服務(wù)器的散熱性能是關(guān)鍵。

服務(wù)器的冷卻技術(shù)一般分為風冷、液冷、熱傳導和智能冷卻技術(shù)。液冷技術(shù)以其散熱性能高、能效好、可靠性高的特點，成為未來邊緣計算服務(wù)器熱管理的最佳選擇。服務(wù)器的液冷技術(shù)主要分為兩類:直接液冷和間接液冷。浸沒式液冷技術(shù)是直接液冷的主要形式。浸沒式液冷需要改變服務(wù)器架構(gòu)以適應(yīng)浸入式系統(tǒng)，成本昂貴，與直接液冷相比，間接液冷技術(shù)不需要對服務(wù)器架構(gòu)進行太多調(diào)整。

間接液冷技術(shù)具有實現(xiàn)服務(wù)器完全液冷的潛力和良好的節(jié)能效果，但所涉及的配套設(shè)備較為復(fù)雜。此外，室外循環(huán)液冷管道大多受環(huán)境影響，存在冷卻劑污染問題。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護規(guī)范的不成熟導致更多的研究和開發(fā)側(cè)重于小型或單機柜原型測試。此外，大多數(shù)液冷服務(wù)器都存在冷卻劑泄漏的風險，這也是用戶對液冷服務(wù)器接受度低的重要原因。目前微通道強制對流換熱與熱管相變高效換熱相結(jié)合是未來大功率電子芯片散熱領(lǐng)域的突出研究趨勢，可有效解決液體泄漏風險。

02成果掠影

近期，華南理工大學的潘敏強教授團隊針對邊緣數(shù)據(jù)中心服務(wù)器受冷卻技術(shù)的制約的問題，提出了邊緣數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集成間接液冷系統(tǒng)的概念。本文提出了一種集成微通道的間接液冷系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)風冷與液冷相結(jié)合的冷卻方式。處理器的熱量由循環(huán)冷卻液帶走，服務(wù)器內(nèi)其他加熱裝置采用傳統(tǒng)風冷散熱。首先，通過實驗和數(shù)值模擬對影響系統(tǒng)性能的因素進行了研究。然后，對系統(tǒng)的傳熱性能、流動特性和穩(wěn)定性進行了分析。最后，采用數(shù)值模擬方法對風冷和液冷服務(wù)器的溫度控制能力進行了比較和分析。

結(jié)果表明，當芯片表面溫度和熱阻降低時，增大流量可以改善芯片的散熱性能。但流量的進一步增加減緩了這一趨勢。系統(tǒng)的散熱性能也隨著冷卻液溫度的升高而降低。分別布置在服務(wù)器內(nèi)外的兩套冷卻系統(tǒng)具有相似的流動特性，但外部系統(tǒng)服務(wù)器的可行性更高，并通過數(shù)值模擬方法進行了驗證。

研究成果以“Design and performance research of integrated indirect liquid cooling system for rack server ”為題發(fā)表于《International Journal of Thermal Sciences 》。

03圖文導讀

一種用于數(shù)據(jù)中心的間接液冷系統(tǒng)的設(shè)計與性能研究的圖4