一種新型數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

來源|Case Studies in Thermal Engineering

原文 |https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102925

01背景介紹

大型數(shù)據(jù)中心和其他大型計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施由數(shù)千個(gè)機(jī)架組成，支持?jǐn)?shù)萬臺服務(wù)器和其他電子設(shè)備。這些電子設(shè)備消耗大量的電力，產(chǎn)生大量的熱量。2019年，數(shù)據(jù)中心消耗了約3%的全球電力。由于對數(shù)據(jù)中心的需求巨大，預(yù)計(jì)這一數(shù)字將以每年12%的速度增長。

在一個(gè)典型的直流系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)占總能量的40%。產(chǎn)生的熱量可能會導(dǎo)致服務(wù)器過熱，威脅到服務(wù)器的安全運(yùn)行，如果不及時(shí)有效地散熱，可能會導(dǎo)致服務(wù)器故障。此外，CPU的溫度對功率有直接的影響。因此，適宜的CPU溫度可以提供顯著的節(jié)能效果。

風(fēng)冷是最常用的冷卻系統(tǒng)。風(fēng)冷需要使用強(qiáng)大的風(fēng)扇，并在電子設(shè)備之間提供空間，以放置笨重的散熱器，并允許足夠的氣流。用于計(jì)算的電子設(shè)備不僅性能越來越好，還具有更大的功率，即最大理論負(fù)載下的功耗。因此，迫切需要改進(jìn)目前的冷卻解決方案。

02成果掠影

近年來，液冷作為傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷的補(bǔ)充或替代方法被引入電子設(shè)備機(jī)架。液冷直流系統(tǒng)最近成為重要的和流行的散熱設(shè)備，并且液冷系統(tǒng)具有更好的傳輸特性，具有更優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性。近期，

法國的Mohamad Hnayno教授，Ali Chehade教授和Chadi Maalouf教授介紹了在OVHcloud實(shí)驗(yàn)室

開發(fā)的一種新的單相浸入/液冷技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，將直接到芯片的水冷系統(tǒng)與被動的單浸入冷卻技術(shù)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)裝置測試了三種介質(zhì)流體(S5X, SmartCoolant和ThermaSafe R)的影響，水回路配置的影響，以及服務(wù)器的功率/配置。結(jié)果表明，該系統(tǒng)冷卻需求取決于流體的粘度。當(dāng)黏度從4.6 mPa s增加到9.8 mPa s時(shí)，冷卻性能下降了約6%。此外，所有的IT服務(wù)器配置都在不同的進(jìn)水溫度和流速下進(jìn)行了驗(yàn)證。在一個(gè)600千瓦的數(shù)據(jù)中心(DC)比較了本文的技術(shù)和OVHcloud之前使用的液冷系統(tǒng)的能源性能。與液冷系統(tǒng)相比，所提出的技術(shù)減少了至少20.7%的直流電力消耗。最后，在服務(wù)器層面對空氣和液冷系統(tǒng)的冷卻性能和所提出的解決方案進(jìn)行了計(jì)算比較。使用該解決方案時(shí)，與風(fēng)冷系統(tǒng)相比節(jié)能至少20%，與液冷系統(tǒng)相比節(jié)能至少7%。

研究成果以“Experimental investigation of a data-centre cooling system using a new single-phase immersion/liquid technique”為題發(fā)表于《Case Studies in Thermal Engineering》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1.IC系統(tǒng)示意圖。

圖2.單相浸沒/液冷技術(shù)架構(gòu)。

圖3.(a) IC IT機(jī)架(48臺服務(wù)器)，(b) 600kw IC集裝箱。

圖4.(a) IC實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置方案，(b) IC實(shí)驗(yàn)裝置照片。

圖5.在使用S5 X、SmartCoolant和ThermaSafe R流體時(shí)，(a) IC流體溫度和(b) IT 溫度在不同tc和流速下的變化。

表1.比較在OVHcloud實(shí)驗(yàn)DC中使用的風(fēng)冷、液冷和浸泡/液冷服務(wù)器(服務(wù)器#4)。

表2.AMD Socket SP3處理器的尺寸和導(dǎo)熱系數(shù)。

審核編輯：湯梓紅