PUE的拯救者，液冷服務(wù)器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）隨著這幾年數(shù)據(jù)中心算力持續(xù)飆升，風冷已經(jīng)快要cover不住芯片的熱功率之際，以液體作為冷卻媒介的液冷方案很快就被推到臺前。在不同國家對于PUE指標的要求越來越嚴格的情境下，要想借助GPU密集的計算集群打造智算網(wǎng)絡(luò)，是肯定不能在散熱上馬虎的。為此，自19年起組建開展商業(yè)化應(yīng)用的液冷服務(wù)器，開始慢慢搶占更多的市場份額。

液冷的必要性

隨著英偉達B200 GPU的推出，8路B200的DGX B200接近15kW的最高功耗，已經(jīng)讓不少服務(wù)器廠商都已經(jīng)感受到了全面走向液冷勢在必行，尤其是在對比之下，如今的液冷方案已經(jīng)提供了更多的技術(shù)優(yōu)勢。

比如在相同標準的機柜下，相比風冷服務(wù)器，液冷服務(wù)器可以提供更高的服務(wù)器計算密度，從而可以將更多的空間分配給計算資源。其次過熱的CPU、GPU和其他加速器抵達熱瓶頸后，會顯著降低服務(wù)器性能。盡管風冷同樣可以解決散熱問題，但在散熱效率和極限效果上，相較液冷還是有一定的差距，所以液冷方案更容易提高服務(wù)器的整體性能，并潛在降低失效率。

再者就是在噪聲上的優(yōu)勢了，無論是哪一種液冷方案，在噪聲控制上都要比風冷方案安靜，因為服務(wù)器風扇都運行在極低的速度下。不僅如此，比起風冷散熱，液冷散熱更容易保證均衡的散熱表現(xiàn)，從而消滅任何熱點的存在。盡管風冷和液冷都有節(jié)省能耗的作用，但液冷方案由于液體更高的比熱容和密度，更容易實現(xiàn)較低的PUE值，比如傳統(tǒng)的風冷數(shù)據(jù)中心PUE為1.5到1.8，而液冷方案可以做到1.1以下，符合更低的碳足跡要求。

在技術(shù)路線上，液冷服務(wù)器主要分為浸沒式液冷服務(wù)器、噴淋式液冷服務(wù)器和冷板式液冷服務(wù)器，不同的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心往往會根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計，采取不同的液冷方案，比如阿里主要采用浸沒式，中科曙光、浪潮和華為等廠商主要采用冷板式液冷方案。目前的主流方案還是以浸沒式和冷板式為主，噴淋式在國內(nèi)外投入實踐應(yīng)用的都比較少。

浸沒式液冷

浸沒式液冷是一種將服務(wù)器組件整個浸入液體中的液冷方式，在浸沒式液冷系統(tǒng)中，服務(wù)器組件會被放入專有非導電液體中，隨后加熱的液體再從組件中循環(huán)出來。

阿里云單相浸沒式液冷 / 阿里巴巴

浸沒式冷卻又分為單相和雙相兩種，單相浸沒式冷卻是指冷卻液保持液體狀態(tài)不蒸發(fā)，在捕捉了浸入組件的熱量后，液體仍需要通過冷卻塔、冷卻器或者現(xiàn)有的冷水機組進行冷卻。而雙相浸沒式液冷所用的冷卻液在較低溫度下會蒸發(fā)，所以需要用冷凝管將蒸發(fā)的冷卻液蒸汽冷凝回液態(tài)，而這些冷凝管通常位于機架的頂部。

以服務(wù)器液冷方案廠商Asperitas為例，他們采用了殼牌的浸沒式冷卻液S5X，這是一種碳氫化合物單相流體，具有極高的冷卻效率和流動特性。這種單相流體本身不會蒸發(fā)，所以不需要加滿，也不需要更換液體，只需要定期對冷卻液的性能進行測試即可。

考慮到這類冷卻液不少都是液體化合物，不少廠商也在擔心其是否會帶來一定的火災(zāi)隱患。然而，對于大部分浸沒式液冷廠商采用的冷卻液，在保證其高絕緣性、高流動性和高散熱效率的同時，也會保證這類材料的高燃點，所以無需擔心點燃的情況。

冷板式液冷

冷板式液冷則是采用液體作為傳熱介質(zhì)，在冷板內(nèi)部通道流動，從而實現(xiàn)熱傳遞的非接觸式液體冷卻技術(shù)。這種方式對于整個服務(wù)器芯片等各個組件所需要的改動量較小，可操作性更強，所以也是目前更為成熟的液冷散熱方案，在整個液冷服務(wù)器中的占比高達80%以上。

盡管在改善能效上，液冷技術(shù)提供了足夠的優(yōu)勢，在各項方案成熟后也勢必會得到大量普及。但基于水的冷卻方案依然會消耗不少的水資源，尤其是對于一些水資源緊缺的環(huán)境而言。因此，如何控制好液冷方案的水循環(huán)就成了最大的挑戰(zhàn)。

ZutaCore提供了一種閉環(huán)的無水液冷解決方案Hypercool，采用了高效的雙相沸騰和冷凝工藝，將大量熱量從處理器和服務(wù)器中轉(zhuǎn)移走。這是一種直連芯片的冷卻方案，也是目前芯片冷卻方案中最高效的一種，將冷卻劑直接施加到芯片上提取和分散熱量。但ZutaCore的這套方案中并沒有用到水，所以不用擔心設(shè)備腐蝕之類的威脅。

無水冷板式液冷 / ZutaCore

據(jù)ZutaCore聲稱，這套液冷方案可以支持1500W以上功耗的處理器，且該方案具有可擴展性。在經(jīng)過該方案改造后的數(shù)據(jù)中心中，可以支持100kW以上算力集群的冷卻，而且這種熱量再利用的設(shè)計，可以在任何氣候條件下都能達到最低的PUE和最高的能效表現(xiàn)。

在近期戴爾舉辦的科技全球大會上，ZutaCore展示了基于這一方案打造的絕緣冷板，不僅可以直接適用于英偉達最新的GB200，也可以提供最高120kW的機架冷卻功率。據(jù)了解，ZutaCore已經(jīng)和戴爾、華碩、和碩和SuperMicro等行業(yè)巨頭達成合作，并獲得了相關(guān)服務(wù)器的認證。UNICOM Engineering將成為首個用到HyperCool方案的用戶，他們將會把該液冷方案部署在戴爾的XE9680服務(wù)器上。

未來的液冷市場期望

從當下的趨勢來看，冷板式液冷和單相浸沒式液冷還是絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心會選擇的方案，決心下血本改造或新建的數(shù)據(jù)中心，有一定可能會選擇單相浸沒式液冷。而追求盡可能最小改動就能實現(xiàn)降低能效的數(shù)據(jù)中心，則會選擇更為成熟的冷板式液冷。在液冷服務(wù)器越來越普及的當下，受益的不僅是浪潮、戴爾、華為、中科曙光等廠商，上游的接頭、CDU和冷卻液廠商也將迎來新一波的營收增長。