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数据中央液冷技术那些事
  • 伴跟着云计算,大数据,分外是人工智能技术的创新睁开,承当大批数据计算和存储的数据中央,必要更高效来称心业务睁开的必要。在解决高热密度数据中央的散热成就方面,液冷具有传统数据中央的空调体系无法比拟的优势,同时能耗更低。

    近两年,数据中央液冷技术的话题越来越热,在2018凋谢数据中央峰会上,就有4、5个专题是探究液冷技术的,触及到液冷工质,最佳实践等,而且发布了《液冷技术与应用睁开白皮书》,这对付液冷技术的应用履行计到了推动感化。
      
      1 概述
      
      (1)什么液冷?
      
      液冷是指应用高热容的液体作为热量传输的工质称心效推等IT设备散热需要的冷却办法。液冷技术并不是最近才应用于计算机和IT领域的,在上个世纪60年月,IBM的大型计算机就采纳了水冷技术。前液冷技术重要应用于高机能计算。
      
      (2)液冷的重要范例有哪些?
      
      按照液体与发热器件的接触办法,液冷重要分为间接接触型液冷和间接接触型液冷(图1)。
      
      ①冷板式液冷:重要发热器件固定在冷板上,依靠流经冷板的液体将热量带走到达散热的偏向,是典型的间接接触型液冷,因为硬盘,电源等其它发热部件依然必要风扇驱动空气来散热,因此前采纳冷板式液冷的效推也称为气液双通道效推。冷板式液冷技术颠末几年的睁开相对成熟,在近两年的凋谢数据中央峰会上,BAT然チ擘分离展现了其冷板式液冷效推,而且,冷板式液冷效推对付前的数据中央的架构影响不大,具有低噪音,高能效和低全体拥有本钱的特色,可解决较高热密度的数据中央的散热成就。图2为冷板式液冷示例。
      
      ②浸没式液冷:顾名思义是将发热元件浸没在冷却液中,依靠液体的运动轮回带走IT设备运行发生的热量。浸没式液冷是典型的间接接触型液冷,前比较流行的办法是将效推浸没在特别设计的箱体中,但是这一架构低落了数据中央修建空间利用率,也有部分厂商为效推鞫制设计了一个外壳,外壳将每个效推和冷却液包裹起来,在不改变现有数据中央安排架构的条件下,优化了空间利用率。浸没式液冷因为发热元件与冷却液间接接触,散热效力更高,相对付冷板式液冷,噪音更低(完全没有风扇),解决更高热密度和加倍节能。图3为浸没式液冷示例。
      
      (3)冷却液的重要范例都有哪些?
      
      ①水:重要是去离子的壳水,水作为一种容易获得的资源普遍应用于制冷体系中。水具有较高的热容,一种优越的散热媒介,其价钱低廉、环境友爱、无净化,而且可与现有的体系兼容。但因为水并非绝缘体,只能应用于非间接接触型液冷技术中,一旦发生泄漏会对IT设备形成致命损害。
      
      ②矿物油:矿物油一种价钱相对低廉的绝缘冷却液,单相矿物油无味无毒不易挥发,一种环境友爱型介质,但是,因为矿物油粘越高比较容易残留,且其易分解,虽然燃点比较高,但毕竟是可燃性物质,在某些特定条件下还是具有燃烧的危险。
      
      ③氯化钾:氟化液末了的感化是线路板干净液,因为其绝缘不燃的惰性特色被应用于数据中央液冷技术中,是前应用最普遍的浸没式冷却液,但也是三种范例冷却液中价钱最为昂贵的。
      
      (4)浸没式液冷单相和两相体的种比较好?
      
      ①单相液冷:指冷却液在轮回散热过程中没有发生相变,维持液态。单相液冷请求冷却液沸点高,冷却液挥发流失节制相对简略,与IT设备的元器件兼容性高,冷却介质受净化较小,但相对付两相液冷其效力较低。前颁布的浸没式液冷案例绝大部分的是采纳单相液冷体系。
      
      ②两相液冷:指冷却液在轮回散热过程中发生了相变。两相液冷传热效力更高,而且无需泵体驱动流体的轮回,但是冷却液挥发流失节制相对复杂,密闭的箱体虽然可以或许或许解决冷却液挥发流失成就,但因为发生了相变导致箱体的压力发生变更,压力容器的设计临盆必要严厉的监管以确保应用的平安。别的冷却液介质资净化,必要预处理和净化节制来确保体系的正常运行。
      
      (5)液冷技术应用于数据中央的重要驱能源有哪些?
      
      传统效劳于高机能计算领域的液冷技术,如今越来越多的应用于数据中央,需要驱动使数据中央运行于更高的密度,和采纳比风冷技术更高效的制冷解决计划。数据中央液冷技术的应釉勖驱能源重要体如今如下几个方面:
      
      2 人工智能技术的创新与睁开
      
      最近几年,CPU的年增长率非常契合摩尔定律,包含GPU,和FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(公用集成电路)也在数据中央应用领域呈现疾速增长,进一步推高了数据中央IT设备的功率密度。
      
      “机柜的功率密度正在晋升,Uptime追踪监测的大部分数据中央的机柜功率密如今到达了10kW,甚至部分机柜的功率密度到达了30KW,而且这不是在高机能计算应用领域”Uptime Institute的Andy Lawrence如是说“液冷体系分外是浸没式液冷体系非常得当解决CPUs和GPUs的散热成就”。
      
      3 进一步低落数据中央的运行本钱
      
      数据中央制冷体系的运行本钱前汗的,尽管界不停的创新风冷体系,从传统的机空调到间接风侧自然冷却的AHU和间接风侧自然冷却的AHU,但因为空气的载热能力远低于液体,因此采纳液体冷却液的液冷技术可大幅低落数据中央的能源利用率,已颁布的浸没式液冷数据中央的PUE值到达1.05甚至更低。对照于风冷体系数据中央的PUE值=1.3-1.5,其能效效果非常显著。
      
      4 边缘计算
      
      并不是统统的边缘计算数据中央都邑采纳液冷的办法,据估算,将有超过20%的边缘计算数据中央会采纳液冷技术。液冷技术因为其高效,安排对修建物依赖度低和静音平安等特色,可称心场地电力容量环的条件下安排更高密度。
      
      5 数据中央安排液冷技术的重要阻碍有哪些?
      
      然液冷技术具有风冷技术无法比拟的优点,而且市场的驱能源使得液冷技术的大规模应用具有了松软的基础,那是不是在数据中央安排液冷技术就没有任何阻碍了呢?显然工作并不是如斯简略:
      
      ①缺乏相应的模范支撑
      
      前液冷技术,特别是浸没式液冷技术在数据中央还缺乏大规模应用案例,而且缺乏相应的国或许行模范对付这一技术停止有用某度。
      
      ②数据中央空间利用率
      
      前的数据中央物理基础举动措施的设计是基于前的风冷体系架构,一个简略的例子,楼体某重,机房的层高等,浸没式液冷基于液体容器的设计,和职员掩护的便利性,必然形成空间利用率低落。
      
      ③制冷架构颗粒度过低,形成运行与掩护变得复杂
      
      液冷目帕度是机柜(箱体)级,效推级甚至是芯片级的,比前主流的风冷体系颗粒度过低,体系复杂而且掩护也相对艰难。
      
      ④腐蚀
      
      在前文提到的三种常见范例的冷却液,其自己都是没有腐蚀性的,例如水,但水中的其它物质却具有腐蚀性,因此在冷板式液冷中通常采纳去离子的纯水。别的,矿物油和氟化物自己也不具有腐蚀性,但因为与空气接触并被空气中的其它物净化而具有潜在腐蚀IT设备的危险,必要预处理来防止这种环境的发生,也推高了液冷技术安排的本钱。液冷技术对付现有的数据中央的制冷架构一个弘大的挑衅,同时也是弘大的机遇,跟着液冷技术的赓续完善,势必在数据中央制冷领域占据重要的地位。
      
      作者简介
      
      李进,施耐德电气IT事业部业务睁开司理。具有数据中央制冷领域多年从业经验,历任体系工程师,产品司理和业务睁开司理,努力于数据中央客户制冷需要和前沿技术的研究,屡次介入《数据中央机空调体系技术白皮书》的编写。
      
      编辑:Harris
      
     

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