現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心承擔(dān)了大量數(shù)據(jù)計算和存儲，這對系統(tǒng)性能穩(wěn)定度的要求與日俱增。為了提供更高能效來滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，服務(wù)器乃至機(jī)房的散熱就成為關(guān)鍵。
而對解決“高熱密度數(shù)據(jù)中心散熱”問題方面，比起傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)來說，更具備優(yōu)勢的，就是當(dāng)前業(yè)界最流行的液冷技術(shù)，它不僅降溫快、能耗低，并且還是最環(huán)保的。
在此就聊聊“數(shù)據(jù)中心（IDC）液冷技術(shù)那些事兒”。
一、什么是液冷？
液冷是指使用高比熱容的液體作為熱量傳輸?shù)墓べ|(zhì)滿足服務(wù)器等IT設(shè)備散熱需求的冷卻方式。液冷技術(shù)并不是最近才應(yīng)用于計算機(jī)和IT領(lǐng)域的，在上個世紀(jì)60年代，IBM的大型計算機(jī)就采用了水冷技術(shù)。目前液冷技術(shù)主要應(yīng)用于高性能計算。
液冷技術(shù)的明顯效果包括：
① 熱量帶走更多：同體積液體帶走熱量是同體積空氣3000倍；
② 溫度傳遞更快：液體導(dǎo)熱能力是空氣25倍；
③ 噪音品質(zhì)更好：同等散熱水平時，液冷系統(tǒng)噪音比風(fēng)冷噪音降低10~15dBA；
④ 耗電節(jié)能更省：液冷系統(tǒng)約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)電30%。
二、液冷技術(shù)分類
液冷依據(jù)液體與發(fā)熱器件的接觸方式，可分為直接接觸型液冷和間接接觸型液冷。
浸沒式液冷 浸沒式液冷是典型的直接接觸型液冷，將發(fā)熱元件浸沒在冷卻液中，依靠液體的流動循環(huán)帶走IT設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量。  浸沒式液冷由于發(fā)熱元件與冷卻液直接接觸，散熱效率更高，噪音更低（完全沒有風(fēng)扇），解決更高熱密度和更加節(jié)能。 目前主流方法是將服務(wù)器浸沒在特殊設(shè)計的箱體中或?yàn)榉?wù)器定制設(shè)計的外殼里，但是這一架構(gòu)降低了數(shù)據(jù)中心建筑空間利用率，在不改變現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心部署架構(gòu)的前提下，外殼將每一個服務(wù)器和冷卻液包裹起來，適當(dāng)優(yōu)化了空間利用率。 浸沒式液冷系統(tǒng)基本工作原理如下圖：
結(jié)構(gòu)分為兩部分，沸騰池、冷卻塔。 其中，沸騰池屬于整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，由被散熱部件（服務(wù)器）、沸騰箱、氟化液、冷凝器組成。蒸發(fā)器，散熱風(fēng)扇，冷卻泵以及控制系統(tǒng)組成。主要作用為將系統(tǒng)熱量最終釋放到自然環(huán)境中。 浸沒式液冷單相和兩相系統(tǒng)哪種比較好？ 1）單相液冷 指冷卻液在循環(huán)散熱過程中沒有發(fā)生相變，維持液態(tài)。單相液冷要求冷卻液沸點(diǎn)高，冷卻液揮發(fā)流失控制相對簡單，與IT設(shè)備的元器件兼容性高，冷卻介質(zhì)受污染較小，但相對于兩相液冷其效率較低。目前公布的浸沒式液冷案例絕大部分的是采用單相液冷系統(tǒng)。 2）兩相液冷 指冷卻液在循環(huán)散熱過程中發(fā)生了相變。兩相液冷傳熱效率更高，并且無需泵體驅(qū)動流體的循環(huán)，但是冷卻液揮發(fā)流失控制相對復(fù)雜，密閉的箱體雖然可以解決冷卻液揮發(fā)流失的問題，但由于發(fā)生了相變導(dǎo)致箱體的壓力發(fā)生變化，壓力容器的設(shè)計生產(chǎn)需嚴(yán)格的監(jiān)管以確保使用的安全。冷卻液介質(zhì)易受污染，需要預(yù)處理和污染控制來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行 | |
冷板式液冷 主要發(fā)熱器件固定在冷板上，依靠流經(jīng)冷板的液體將熱量帶走達(dá)到散熱的目的，是典型的間接接觸型液冷，由于硬盤，電源等其它發(fā)熱部件依然需要風(fēng)扇驅(qū)動空氣來散熱，目前采用冷板式液冷的服務(wù)器也稱為氣液雙通道服務(wù)器。  | |
三、冷卻液主要類型
液冷的關(guān)鍵是冷卻液，必須能夠快速吸收熱量，并且在汽化和液化過程中都能夠很高效進(jìn)行熱傳遞，同時并且必須做到無腐蝕性。因此重點(diǎn)的冷卻液為以下幾種。用戶選擇時重點(diǎn)考慮場景和價格：
氟化液
氟化液是目前應(yīng)用最廣泛的浸沒式冷卻液，起初作用是線路板清潔液，由于其絕緣且不燃的惰性特點(diǎn)被應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)中，但價格最為昂貴。
礦物油
單相礦物油無味無毒不易揮發(fā)，是一種環(huán)境友好、價格相對低廉的絕緣冷卻液，但由于礦物油粘性較高比較容易殘留，且易分解，是可燃性物質(zhì)，在某些特定條件下還是具有燃燒的風(fēng)險。
水
主要是去離子水。水具有較高的比熱容，是一種良好的散熱媒介，價格低廉環(huán)境友好無污染，并且與現(xiàn)有的系統(tǒng)兼容。但由于水是非絕緣體，只能應(yīng)用于非直接接觸型液冷技術(shù)中，一旦發(fā)生泄漏會對IT設(shè)備造成致命損害。
四、液冷結(jié)構(gòu)設(shè)計
將電子設(shè)備浸沒在“達(dá)到一定溫度可發(fā)生相變”的氟化液箱體中，氟化液受熱沸騰變?yōu)檎羝羝仙龅綑C(jī)箱上部冷凝器而冷凝變成液體，冷凝器外接液冷源進(jìn)行換熱，將熱量傳遞到外界，反復(fù)循環(huán)。通過氟化液在機(jī)箱內(nèi)循環(huán)和冷凝器內(nèi)乙二醇水溶液的外循環(huán)（雙循環(huán)系統(tǒng)），對服務(wù)器、芯片散熱冷卻實(shí)現(xiàn)溫度管控，保證服務(wù)器運(yùn)行穩(wěn)定性和壽命。
關(guān)于具體設(shè)計步驟略，總原則“液冷容器材料能支撐彈性形變，并且熱脹冷縮后性能不變”。
五、數(shù)據(jù)中心部署液冷技術(shù)的主要阻礙有哪些？
既然液冷技術(shù)具有風(fēng)冷技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，并且市場的驅(qū)動力使得液冷技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用具備了堅實(shí)的基礎(chǔ)，那是不是在數(shù)據(jù)中心部署液冷技術(shù)就沒有任何阻礙了呢？顯然事情并不是如此簡單：
① 缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)支持
目前液冷技術(shù)，尤其是浸沒式液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心還缺乏大規(guī)模應(yīng)用案例，并且缺乏相應(yīng)的國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于這一技術(shù)進(jìn)行有效的規(guī)范。
② 數(shù)據(jù)中心的空間利用率
目前的數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計是基于目前的風(fēng)冷系統(tǒng)架構(gòu)，一個簡單的例子，樓體的承重，機(jī)房的層高等，浸沒式液冷基于液體容器的設(shè)計，以及人員維護(hù)的便利性，必然造成空間利用率降低。
③ 制冷架構(gòu)顆粒度過低，造成運(yùn)行與維護(hù)變得復(fù)雜
液冷的顆粒度是機(jī)柜（箱體）級，服務(wù)器級甚至是芯片級的，比目前主流的風(fēng)冷系統(tǒng)顆粒度過低，系統(tǒng)復(fù)雜而且維護(hù)也相對困難。
④ 腐蝕
在前文提到的三種常見類型的冷卻液，其本身都是沒有腐蝕性的，例如水，但水中的其它物質(zhì)卻具有腐蝕性，因此在冷板式液冷中通常采用去離子的純水。此外，礦物油和氟化物本身也不具備腐蝕性，但由于與空氣接觸并被空氣中的其它物質(zhì)污染而具有潛在腐蝕IT設(shè)備的風(fēng)險，需要預(yù)處理來避免這種情況的發(fā)生，也推高了液冷技術(shù)部署的成本。
液冷技術(shù)對于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心的制冷架構(gòu)是一個巨大的挑戰(zhàn)，同時也是巨大的機(jī)遇，隨著液冷技術(shù)的不斷完善，必將在數(shù)據(jù)中心制冷領(lǐng)域占據(jù)重要的地位。
免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。
標(biāo)簽： 點(diǎn)擊： 評論: