數(shù)據(jù)中心能耗問題該如何選擇液冷散熱？

隨著5G萬物互聯(lián)時代的到來，高性能高密度的計算需求加速增長，數(shù)據(jù)中心能耗問題日益凸顯。

您對液冷散熱了解多少？應(yīng)該選擇哪種液冷方式？對于冷凍液的又該做怎么的選擇？

1 液冷技術(shù)趨勢已成

眾所周知，如果散熱不良，高溫不僅會降低芯片的工作穩(wěn)定性，還會因為模塊內(nèi)部與外部環(huán)境間的溫差而產(chǎn)生過大的

熱應(yīng)力，影響芯片的電性能、工作頻率、機(jī)械強度及可靠性。電子原件的故障發(fā)生率隨工作溫度的提高而呈指數(shù)關(guān)系增長，單個半導(dǎo)體元件的溫度每升高10度，系統(tǒng)的可靠性將降低50％。

應(yīng)對大數(shù)據(jù)、超密度計算的“功耗墻”，使用液態(tài)冷卻液替代空氣來對計算機(jī)設(shè)備進(jìn)行冷卻，是未來數(shù)據(jù)中心的一場技術(shù)革命。ResearchAndMarkets數(shù)據(jù)顯示，到2023年，全球液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達(dá)45．5億美元，年復(fù)合增長率將達(dá)27．7％。

液冷技術(shù)相對于傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)有如下明顯優(yōu)勢：

－ 熱量帶走更多：同體積液體帶走熱量是同體積空氣的近3000倍。

－ 溫度傳遞更快：液體導(dǎo)熱能力是空氣的25倍。

－ 噪音品質(zhì)更好：同等散熱水平時，液冷噪音水平比風(fēng)冷噪音降低20－35分貝。

－ 耗電節(jié)能更省：液冷系統(tǒng)約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省電量30％－50％。

2液冷的分類

所謂的液冷，并不是單純指的水。指的是把高比熱容的液體作為傳輸介質(zhì)，將IT設(shè)備或者服務(wù)器產(chǎn)生的熱量帶走，使之冷卻。目前液冷技術(shù)主要有三種部署方式，分別是浸沒、冷板、噴淋三類方式。

冷板式：

將液冷冷板固定在服務(wù)器的主要發(fā)熱器件上，依靠流經(jīng)冷板的液體將熱量帶走達(dá)到散熱目的。冷板液冷解決了服務(wù)器里發(fā)熱量大的器件的散熱，其他散熱器件還得依靠風(fēng)冷。所以采用冷板式液冷的服務(wù)器也稱為氣液雙通道服務(wù)器。冷板的液體不接觸被冷卻器件，中間采用導(dǎo)熱板傳熱，安全性高。

噴淋式：

在機(jī)箱頂部儲液和開孔，根據(jù)發(fā)熱體位置和發(fā)熱量大小不同，讓冷卻液對發(fā)熱體進(jìn)行噴淋，達(dá)到設(shè)備冷卻的目的。噴淋的液體和被冷卻器件直接接觸，冷卻效率高；但液體在噴淋的過程中遇到高溫物體會有飄逸和蒸發(fā)現(xiàn)象，霧滴和氣體沿機(jī)箱孔洞縫隙散發(fā)到機(jī)箱外面，造成機(jī)房環(huán)境清潔度下降或?qū)ζ渌O(shè)備造成影響。

浸沒式：

將發(fā)熱元件直接浸沒在冷卻液中，依靠液體的流動循環(huán)帶走服務(wù)器等設(shè)備運行產(chǎn)生的熱量。浸沒式液冷是典型的直接接觸型液冷。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，可解決防高熱謎底。浸沒式液冷分為兩相液冷和單相液冷，散熱方式可以采用干冷器和冷卻塔等形式。

－ 兩相液冷

冷卻液在循環(huán)散熱中發(fā)生相變。兩相液冷傳熱效率更高，但控制相對復(fù)雜。相變過程中壓力會發(fā)生變化，對容器要求高，使用過程中冷卻液易受污染。

－ 單相液冷

冷卻液在循環(huán)散熱過程中始終維持液態(tài)，不發(fā)生相變，故要求冷卻液的沸點較高，這樣冷卻液揮發(fā)流失控制相對簡單，與IT設(shè)備的元器件兼容性比較好，但相比兩相液冷，其效率較低。根據(jù)實際應(yīng)用場景，可采用干冷器或冷卻塔散熱。

3冷卻液

水

液冷最直接，成本最低廉。水并非絕緣體，只能應(yīng)用于間接接觸型液冷。一旦發(fā)生泄漏，對服務(wù)器等IT設(shè)備的損害將非常致命。

礦物油

礦物油也是一種物美價廉的冷卻液。單相礦物油無毒無味不易揮發(fā)。粘性較高，容易在設(shè)備表面形成殘留。雖然燃點較高，但是在某些特定條件下還是有燃燒的可能。

氟化液

最大的特點是絕緣，且不燃。在數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)中是最安全的一種。目前應(yīng)用最廣泛。但是價格高昂。

液冷技術(shù)主要應(yīng)用于高性能計算領(lǐng)域。隨著數(shù)據(jù)中心向高密高電發(fā)展，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足其散熱需求。這些都是促使液冷技術(shù)下沉的主要因素。液冷技術(shù)可以大幅度降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗。比如很多沉浸式液冷數(shù)據(jù)中心的PUE甚至可以達(dá)到驚人的1．03－1．05。但是相同規(guī)模的風(fēng)冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，其PUE值還在1．3－1．5之間。

除了傳統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心以外，隨著邊緣計算時代的來臨，邊緣端數(shù)據(jù)中心也會有約20％采用液冷技術(shù)。應(yīng)用液冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，在建成后兩到三年內(nèi)即可收回投入在制冷系統(tǒng)上的投資，而后期由此節(jié)約的電費則可以看做是其收益。且規(guī)模越大的數(shù)據(jù)中心效果越好。

4機(jī)架式液冷解決方案

機(jī)架式GPU液冷服務(wù)器可在狹小的空間內(nèi)容納盡可能多GPU圖形卡。通過定制藍(lán)海大腦高質(zhì)量液冷系統(tǒng)使圖形卡和處理器可獲得較高的升壓時鐘速率。每個服務(wù)器機(jī)架的硬件包裝密度可最大化，即使在連續(xù)負(fù)載下，也可調(diào)出硬件的最佳性能而無需擔(dān)心任何散熱問題。支持最多9塊GPU圖形卡和2顆CPU處理器，所有組件可保持最大可能的循環(huán)，不會因高溫而節(jié)流，同風(fēng)冷相比，液冷系統(tǒng)密度更高、更節(jié)能、防噪音效果更好。
責(zé)編AJX