伴隨著云計(jì)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(lái)越熱。承擔(dān)大量數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中心，需要更高效來(lái)滿(mǎn)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(wèn)題方面，液冷具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能耗更低。
液冷及主要類(lèi)型
液冷是指使用高比熱容的液體作為熱量傳輸?shù)墓べ|(zhì)滿(mǎn)足服務(wù)器等IT設(shè)備散熱需求的冷卻方式。在上個(gè)世紀(jì)60年代，IBM的大型計(jì)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(jì)算機(jī)和IT領(lǐng)域的高性能計(jì)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(méi)式液冷
浸沒(méi)式液冷是典型的直接接觸型液冷，將發(fā)熱元件浸沒(méi)在冷卻液中，依靠液體的流動(dòng)循環(huán)帶走IT設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量。
浸沒(méi)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(méi)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(méi)在特殊設(shè)計(jì)的箱體中或為服務(wù)器定制設(shè)計(jì)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(gè)服務(wù)器和冷卻液包裹起來(lái)，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(guò)程中沒(méi)有發(fā)生相變，維持液態(tài)。單相液冷要求冷卻液沸點(diǎn)高，冷卻液揮發(fā)流失控制相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)于兩相液冷其效率較低。目前公布的浸沒(méi)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(guò)程中發(fā)生了相變。兩相液冷傳熱效率更高，并且無(wú)需泵體驅(qū)動(dòng)流體的循環(huán)，但是冷卻液揮發(fā)流失控制相對(duì)復(fù)雜，密閉的箱體雖然可以解決冷卻液揮發(fā)流失的問(wèn)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(jì)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(lái)確保系統(tǒng)的正常運(yùn)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(pán)，電源等其它發(fā)熱部件依然需要風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣來(lái)散熱，目前采用冷板式液冷的服務(wù)器也稱(chēng)為氣液雙通道服務(wù)器。
冷板式液冷技術(shù)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展相對(duì)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(duì)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(diǎn)，可解決較高熱密度的數(shù)據(jù)中心的散熱問(wèn)題。
冷卻液主要類(lèi)型
①氟化液
氟化液是目前應(yīng)用最廣泛的浸沒(méi)式冷卻液，起初作用是線(xiàn)路板清潔液，由于其絕緣且不燃的惰性特點(diǎn)被應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)中，但價(jià)格最為昂貴。
②礦物油
單相礦物油無(wú)味無(wú)毒不易揮發(fā)，是一種環(huán)境友好、價(jià)格相對(duì)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(xiǎn)。
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(jià)格低廉環(huán)境友好無(wú)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(huì)對(duì)IT設(shè)備造成致命損害。
主要驅(qū)動(dòng)力
液冷技術(shù)以往主要服務(wù)于傳統(tǒng)的高性能計(jì)算領(lǐng)域，主要需求驅(qū)動(dòng)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(yùn)行成本，邊緣計(jì)算等，使數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(méi)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(chǎng)可編程門(mén)陣列）和ASIC（專(zhuān)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(zhǎng)，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(mǎn)足場(chǎng)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(guò)20%的邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)中心會(huì)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(diǎn)，并且市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力使液冷技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用具備了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但液冷技術(shù)仍有如下幾個(gè)問(wèn)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(xiǎn)；制冷架構(gòu)顆粒度過(guò)低，造成運(yùn)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(guó)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(jì)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(duì)于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心的制冷架構(gòu)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)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。
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