一，液冷應(yīng)用的完美案例　　

隨著技術(shù)和產(chǎn)品的革新，近幾年來(lái)一些頂尖玩家甚至開(kāi)始用礦物油或者液態(tài)氮來(lái)推動(dòng)硬件的極限效能。而這些液冷技術(shù)已經(jīng)也開(kāi)始被廠商用作服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心散熱中去。我們現(xiàn)在可以看到越來(lái)越多新奇技術(shù)的應(yīng)用，像是老式的浸沒(méi)服務(wù)器冷卻罩，液體刀片服務(wù)器，礦物油冷卻服務(wù)器等等。


　　我們認(rèn)為采用這些新奇技術(shù)所節(jié)省下面的成本是相當(dāng)可觀的，企業(yè)不必企業(yè)可以不必維護(hù)龐大的冷媒壓縮機(jī)、管線、散熱水槽與風(fēng)扇等設(shè)備，在目前日益重視的節(jié)能與成本議題上，服務(wù)器油冷設(shè)備的確顯現(xiàn)了不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)力。但在一線的機(jī)房人員會(huì)如何看待些裝置我們還不得而知，只是這些炫酷的技術(shù)就已經(jīng)把我們帶進(jìn)花花水世界，讓我們應(yīng)接不暇了吧。
　　首先我們要來(lái)看一個(gè)液冷應(yīng)用的非常好的案例。在 Intel 與油冷設(shè)備廠商 Green Revolution Cooling 歷經(jīng)一年的合作測(cè)試下，服務(wù)器油冷散熱無(wú)論在冷卻與節(jié)能效率上皆能輕易擊敗傳統(tǒng)空冷形式，而且 Green Revolution Cooling 認(rèn)為這項(xiàng)裝置兼顧了安全性與硬件可靠性，并且仍有進(jìn)步的空間。

?工作人員將服務(wù)器浸入礦物油
　　在這項(xiàng)為期長(zhǎng)達(dá)一年的試驗(yàn)中，英特爾利用礦物油對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冷卻，比較與傳統(tǒng)的空氣冷卻技術(shù)的耗能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明礦物油冷卻技術(shù)比傳統(tǒng)的空氣冷卻的耗能要低90%至95%。

?礦物油冷卻服務(wù)器
　　Green Revolution Cooling (GRC)，是一家位于德克薩斯州的成立兩年的公司，主要是提供液體冷卻技術(shù)解決方案。在2009年超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，Green Revolution Cooling 推出了礦物油制冷技術(shù)，并且在2010年的超算大會(huì)上被選為2009年年度突破性技術(shù)。他們利用比熱容是空氣的1200倍的一種礦物油來(lái)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冷卻，使得冷卻耗能最高節(jié)省了95%。

 

 

二，水冷技術(shù)發(fā)展及典型
水冷技術(shù)的發(fā)展歷史及典型代表
　　1964-1990期間，大型主機(jī)采用的是水冷技術(shù)。然后，出現(xiàn)了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管制造技術(shù)。該發(fā)明大大降低了芯片自身運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量并且能把熱量排給空氣制冷設(shè)備。在很多年里，水冷技術(shù)也一直被高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)所使用。由于筆記本電腦內(nèi)部空間狹小，空氣制冷卻起不到應(yīng)有的作用，所以許多筆記本系統(tǒng)都是采用水冷技術(shù)。

水冷服務(wù)器內(nèi)部
　　盡管水冷技術(shù)更實(shí)用，但由于低熱負(fù)荷時(shí)空氣制冷卻成本也較低，所以IT產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向使用空氣制冷卻。但隨著時(shí)間推移，芯片越發(fā)密集，工作頻率一路飆升，這兩個(gè)因素都導(dǎo)致了電力需求和處理器熱排量呈指數(shù)倍上升。
　　在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，我們經(jīng)常把系統(tǒng)性能限制認(rèn)定為“運(yùn)算約束”或是“I/O約束”。而今天的處理器則是“熱約束”。在傳導(dǎo)熱方面，水比空氣有效得多。用于冷卻時(shí)，水大約比空氣有效3500倍。

水冷服務(wù)器
　　有了水冷處理器，芯片和服務(wù)器廠商無(wú)形中被賦予了開(kāi)發(fā)超大運(yùn)算能力的機(jī)會(huì)。試想一下，使用一個(gè)更有效的冷卻技術(shù)可能帶來(lái)的成本節(jié)約和數(shù)據(jù)中心的成長(zhǎng)可能性。
　　可以說(shuō)是IBM翻開(kāi)了水冷技術(shù)的發(fā)展歷程，因?yàn)镮BM最先使用水冷技術(shù)的時(shí)間可以追溯到1966年。當(dāng)時(shí)，IBM推出了System/360型91大型計(jì)算機(jī)。這款計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)運(yùn)算速度最快、性能最強(qiáng)的機(jī)器，主要被設(shè)計(jì)用來(lái)處理科學(xué)應(yīng)用的高速數(shù)據(jù)處理(比如太空探索、亞原子物理學(xué)、全球氣候預(yù)測(cè)等等)。因此，為了確保 大型機(jī)在長(zhǎng)期的高速運(yùn)算中不會(huì)發(fā)生過(guò)熱而宕機(jī)的事件，IBM就研發(fā)了這種專(zhuān)門(mén)的水冷系統(tǒng)。

IBM 3081
　　IBM 3081型機(jī)是一款結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的大型機(jī)(誕生于1980年11月12日)。在這款機(jī)器上擁有兩個(gè)最具特色的高能效設(shè)計(jì)。其中一個(gè)是從大型機(jī)之前的68KW功耗降低到23KW，另外則內(nèi)置有水冷技術(shù)，在傳統(tǒng)的風(fēng)冷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還新增了散熱片。
　　2006年IBM研究人員展示了最新的旨在提高計(jì)算機(jī)芯片散熱效率的新技術(shù):直射式散熱。這是一種水冷技術(shù)的新突破，在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中將水直接噴射至芯片背板，并隨后將吸附芯片熱量的水分吸干。這套系統(tǒng)采用了多達(dá)5萬(wàn)個(gè)噴嘴和1個(gè)復(fù)雜的樹(shù)狀回路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

IBM Power575
　　2008年4月，IBM展示了其首個(gè)采用水冷技術(shù)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Power 575。這款Unix機(jī)器包括 有14個(gè)內(nèi)置水冷管道的服務(wù)器。這些水冷管道通過(guò)機(jī)架直接接入到服務(wù)器上，并配合處理 器散熱器上的水冷銅座共同發(fā)揮作用。

Aquasar服務(wù)器內(nèi)部
　　2010年7月，IBM展示了首款采用“熱水”的超級(jí)計(jì)算機(jī)Aquasar。該超級(jí)計(jì)算機(jī)是IBM為蘇黎士瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。水冷技術(shù)的發(fā)展也由此而翻開(kāi)了新的篇章。
　　打開(kāi)該系統(tǒng)的刀片式服務(wù)器機(jī)箱就能發(fā)現(xiàn)，其主板上的每顆CPU都由液冷頭覆蓋，其間則使用細(xì)導(dǎo)管連接，導(dǎo)出機(jī)箱后再連接到更大型的回路系統(tǒng)中。水在處理器附近被加熱后，就會(huì)通過(guò)細(xì)管流入機(jī)房所在建筑的暖氣管道中，參與地暖系統(tǒng)供熱，熱量耗盡后冷卻再流回服務(wù)器形成循環(huán)。由于該系統(tǒng)被安置在普通風(fēng)冷機(jī)柜旁邊，除了液冷處理器散熱外，不需要其他任何散熱措施。
　　據(jù)稱(chēng)，這款超級(jí)計(jì)算機(jī)相比同樣配置的風(fēng)冷超級(jí)計(jì)算機(jī)可減少40%的能耗。而且余熱還可以被用來(lái)對(duì)整個(gè)大學(xué)建筑物進(jìn)行取暖，Aquasar的碳排放也因此減少了85%。
 

 

三，液體冷卻實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
液體冷卻實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
　　英特爾和Green Revolution Cooling將服務(wù)器浸入到250加侖的礦物油中，礦物油的溫度通過(guò)一個(gè)熱交換機(jī)保持低溫。英特爾的架構(gòu)工程師相信，通過(guò)控制服務(wù)器的熱度，及時(shí)的熱量轉(zhuǎn)移能夠提高處理器的處理速度。

　　在礦物油冷卻系統(tǒng)中，一個(gè)熱交換機(jī)可以控制4個(gè)機(jī)架的礦物油溫度。在每個(gè)特制的機(jī)架中，有電源、網(wǎng)線接口等等。

　　不同于普通機(jī)架的一層一層的結(jié)構(gòu)，在礦物油冷卻系統(tǒng)的機(jī)架中，服務(wù)器是類(lèi)似刀片的插入到礦物油中。

　　一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心需要設(shè)計(jì)服務(wù)器單元，需要空調(diào)單元并且一些其它建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)，但是采用礦物油冷卻技術(shù)，架構(gòu)的設(shè)計(jì)要求比較少。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這又為企業(yè)節(jié)省了費(fèi)用。

　　為期一年的測(cè)試結(jié)束后，英特爾表示在考察數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標(biāo)PUE上，礦物油冷卻系統(tǒng)能夠達(dá)到1.02至1.03，相比于傳統(tǒng)空氣冷卻的數(shù)據(jù)中心的1.8來(lái)比，有著巨大的節(jié)能提升。
 

 

四，液冷優(yōu)勢(shì)所在
液體冷卻優(yōu)勢(shì)所在
　　液體冷卻能夠很容易的就將服務(wù)器運(yùn)行產(chǎn)生的熱量覆蓋并轉(zhuǎn)移到其他地方。另外，由于沒(méi)有風(fēng)扇和空氣，服務(wù)器的設(shè)備出錯(cuò)的概率也降低了，風(fēng)扇癱瘓容易導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)熱而出現(xiàn)問(wèn)題，而空氣中的灰塵也有可能引發(fā)其他問(wèn)題。

　　在傳統(tǒng)服務(wù)器中，往往有許多風(fēng)扇，為發(fā)熱比較高的處理器進(jìn)行冷卻，而一旦風(fēng)扇出現(xiàn)問(wèn)題，服務(wù)器就會(huì)因CPU過(guò)熱而出現(xiàn)故障問(wèn)題。此外空氣中也會(huì)有許多灰塵，采用空氣制冷不可避免的是灰塵在服務(wù)器內(nèi)部堆積的情況，而灰塵累計(jì)過(guò)多也會(huì)影響系統(tǒng)的散熱。

　　傳統(tǒng)的服務(wù)器為了防止灰塵，許多都會(huì)在主板下面加入了塑料硬膜阻止灰塵進(jìn)入主板。此外又不能將服務(wù)器內(nèi)部元件封閉起來(lái)，因?yàn)槟菢泳蜁?huì)阻擋通風(fēng)，導(dǎo)致元件過(guò)熱。就在硬膜上設(shè)置了幾個(gè)小孔。

　　采用礦物油冷卻技術(shù)，風(fēng)扇和灰塵都不會(huì)影響服務(wù)器的運(yùn)行。而與水不同的是，礦物油是非極性物質(zhì)，不會(huì)對(duì)電子集成回路產(chǎn)生影響，對(duì)服務(wù)器內(nèi)部硬件不會(huì)有損壞，做一個(gè)形象的類(lèi)比，你的手機(jī)掉入水中，十有八九會(huì)出問(wèn)題，而掉入油中的話，則不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

　　英特爾與Green Revolution Cooling的合作實(shí)驗(yàn)中，對(duì)比了兩種機(jī)架服務(wù)器，其一是采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心的空氣冷卻技術(shù)，另外一個(gè)則是采用礦物油冷卻技術(shù)。
 

 

五，谷歌水冷服務(wù)器專(zhuān)利
谷歌水冷服務(wù)器專(zhuān)利
　　谷歌早在2006年之前就開(kāi)始研究水冷技術(shù)，并于2009年得到其水冷服務(wù)器的專(zhuān)利。谷歌水冷服務(wù)器專(zhuān)利的主要技術(shù)特點(diǎn)是服務(wù)器主板兩兩成對(duì)安裝在散熱片的兩個(gè)外側(cè)，由散熱片內(nèi)流過(guò)溫度較低的冷凍水來(lái)帶走熱量。

　　其中高發(fā)熱的元件，比如CPU和南北橋芯片組等靠近散熱片內(nèi)的冷凍水來(lái)安裝，從而發(fā)出的熱量被散熱片內(nèi)的冷凍水就近帶走；而一些發(fā)熱量不高的器件，比如內(nèi)存和硬盤(pán)等則直接安裝在稍遠(yuǎn)離三明治散熱片中心的位置，部分案例中還有服務(wù)器風(fēng)扇或電源風(fēng)扇安裝在某側(cè)的服務(wù)器主板上，用于將內(nèi)存和硬盤(pán)等的熱量帶走。

冷卻管道

存儲(chǔ)槽

SuperMUC

主板水冷技術(shù)設(shè)計(jì)圖

IBM水冷技術(shù)

標(biāo)簽： 點(diǎn)擊： 評(píng)論: