現代化的數據中心承擔了大量數據計算和存儲，這對系統性能穩定度的要求與日俱增。為了提供更高能效來滿足業務發展的需要，服務器乃至機房的散熱就成為關鍵。
而對解決“高熱密度數據中心散熱”問題方面，比起傳統空調系統來說，更具備優勢的，就是當前業界最流行的液冷技術，它不僅降溫快、能耗低，并且還是最環保的。
在此就聊聊“數據中心（IDC）液冷技術那些事兒”。
一、什么是液冷？
液冷是指使用高比熱容的液體作為熱量傳輸的工質滿足服務器等IT設備散熱需求的冷卻方式。液冷技術并不是最近才應用于計算機和IT領域的，在上個世紀60年代，IBM的大型計算機就采用了水冷技術。目前液冷技術主要應用于高性能計算。
液冷技術的明顯效果包括：
① 熱量帶走更多：同體積液體帶走熱量是同體積空氣3000倍；
② 溫度傳遞更快：液體導熱能力是空氣25倍；
③ 噪音品質更好：同等散熱水平時，液冷系統噪音比風冷噪音降低10~15dBA；
④ 耗電節能更省：液冷系統約比風冷系統節電30%。
二、液冷技術分類
液冷依據液體與發熱器件的接觸方式，可分為直接接觸型液冷和間接接觸型液冷。
浸沒式液冷 浸沒式液冷是典型的直接接觸型液冷，將發熱元件浸沒在冷卻液中，依靠液體的流動循環帶走IT設備運行產生的熱量。  浸沒式液冷由于發熱元件與冷卻液直接接觸，散熱效率更高，噪音更低（完全沒有風扇），解決更高熱密度和更加節能。 目前主流方法是將服務器浸沒在特殊設計的箱體中或為服務器定制設計的外殼里，但是這一架構降低了數據中心建筑空間利用率，在不改變現有數據中心部署架構的前提下，外殼將每一個服務器和冷卻液包裹起來，適當優化了空間利用率。 浸沒式液冷系統基本工作原理如下圖：
結構分為兩部分，沸騰池、冷卻塔。 其中，沸騰池屬于整個系統的關鍵，由被散熱部件（服務器）、沸騰箱、氟化液、冷凝器組成。蒸發器，散熱風扇，冷卻泵以及控制系統組成。主要作用為將系統熱量最終釋放到自然環境中。 浸沒式液冷單相和兩相系統哪種比較好？ 1）單相液冷 指冷卻液在循環散熱過程中沒有發生相變，維持液態。單相液冷要求冷卻液沸點高，冷卻液揮發流失控制相對簡單，與IT設備的元器件兼容性高，冷卻介質受污染較小，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。 2）兩相液冷 指冷卻液在循環散熱過程中發生了相變。兩相液冷傳熱效率更高，并且無需泵體驅動流體的循環，但是冷卻液揮發流失控制相對復雜，密閉的箱體雖然可以解決冷卻液揮發流失的問題，但由于發生了相變導致箱體的壓力發生變化，壓力容器的設計生產需嚴格的監管以確保使用的安全。冷卻液介質易受污染，需要預處理和污染控制來確保系統的正常運行 | |
冷板式液冷 主要發熱器件固定在冷板上，依靠流經冷板的液體將熱量帶走達到散熱的目的，是典型的間接接觸型液冷，由于硬盤，電源等其它發熱部件依然需要風扇驅動空氣來散熱，目前采用冷板式液冷的服務器也稱為氣液雙通道服務器。  | |
三、冷卻液主要類型
液冷的關鍵是冷卻液，必須能夠快速吸收熱量，并且在汽化和液化過程中都能夠很高效進行熱傳遞，同時并且必須做到無腐蝕性。因此重點的冷卻液為以下幾種。用戶選擇時重點考慮場景和價格：
氟化液
氟化液是目前應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用于數據中心液冷技術中，但價格最為昂貴。
礦物油
單相礦物油無味無毒不易揮發，是一種環境友好、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，在某些特定條件下還是具有燃燒的風險。
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，價格低廉環境友好無污染，并且與現有的系統兼容。但由于水是非絕緣體，只能應用于非直接接觸型液冷技術中，一旦發生泄漏會對IT設備造成致命損害。
四、液冷結構設計
將電子設備浸沒在“達到一定溫度可發生相變”的氟化液箱體中，氟化液受熱沸騰變為蒸汽，蒸汽上升遇到機箱上部冷凝器而冷凝變成液體，冷凝器外接液冷源進行換熱，將熱量傳遞到外界，反復循環。通過氟化液在機箱內循環和冷凝器內乙二醇水溶液的外循環（雙循環系統），對服務器、芯片散熱冷卻實現溫度管控，保證服務器運行穩定性和壽命。
關于具體設計步驟略，總原則“液冷容器材料能支撐彈性形變，并且熱脹冷縮后性能不變”。
五、數據中心部署液冷技術的主要阻礙有哪些？
既然液冷技術具有風冷技術無法比擬的優點，并且市場的驅動力使得液冷技術的大規模應用具備了堅實的基礎，那是不是在數據中心部署液冷技術就沒有任何阻礙了呢？顯然事情并不是如此簡單：
① 缺乏相應的標準支持
目前液冷技術，尤其是浸沒式液冷技術在數據中心還缺乏大規模應用案例，并且缺乏相應的國家或者行業標準對于這一技術進行有效的規范。
② 數據中心的空間利用率
目前的數據中心物理基礎設施的設計是基于目前的風冷系統架構，一個簡單的例子，樓體的承重，機房的層高等，浸沒式液冷基于液體容器的設計，以及人員維護的便利性，必然造成空間利用率降低。
③ 制冷架構顆粒度過低，造成運行與維護變得復雜
液冷的顆粒度是機柜（箱體）級，服務器級甚至是芯片級的，比目前主流的風冷系統顆粒度過低，系統復雜而且維護也相對困難。
④ 腐蝕
在前文提到的三種常見類型的冷卻液，其本身都是沒有腐蝕性的，例如水，但水中的其它物質卻具有腐蝕性，因此在冷板式液冷中通常采用去離子的純水。此外，礦物油和氟化物本身也不具備腐蝕性，但由于與空氣接觸并被空氣中的其它物質污染而具有潛在腐蝕IT設備的風險，需要預處理來避免這種情況的發生，也推高了液冷技術部署的成本。
液冷技術對于現有的數據中心的制冷架構是一個巨大的挑戰，同時也是巨大的機遇，隨著液冷技術的不斷完善，必將在數據中心制冷領域占據重要的地位。
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