液冷技術(shù)或成服務器散熱未來趨勢

熱設(shè)計 2022-11-16

來源：電子谷

服務器液冷的未來發(fā)展趨勢

《中國液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展白皮書》

隨著新基建大潮洶涌而來，數(shù)據(jù)中心新建和擴容的步伐逐步加快。超大型數(shù)據(jù)中心飛速發(fā)展和空間載體不足將加快單機柜功率密度的迅猛提升，預計2025年平均功率可達25kW。《白皮書》調(diào)查顯示，截至2019年底，全國在用數(shù)據(jù)中心同比增長28.6%，在建數(shù)據(jù)中心規(guī)模增長30%，特別是北上廣深等一線城市增速明顯。

“雙碳”政策部署

雖然時至今日國內(nèi)大部分服務器或數(shù)據(jù)中心普遍還是采用傳統(tǒng)的風冷散熱，但隨著國家“雙碳”政策的部署落實，嚴格的PUE值限定，使得大部分風冷服務器應用的數(shù)據(jù)中心面臨散熱技術(shù)升級改造或全面的技術(shù)替代，液冷技術(shù)已成為服務器散熱的必然趨勢。

什么是液冷數(shù)據(jù)中心

液冷數(shù)據(jù)中心是指應用液冷技術(shù)和液冷服務器等設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，與傳統(tǒng)風冷服務器相比，液冷服務器的熱量導出方式不同。液冷是指使用液體取代空氣作為冷媒，為發(fā)熱部件進行換熱，帶走熱量的技術(shù)。

液冷服務器是指將液體注入服務器，通過冷熱交換帶走服務器熱量的一種服務器。一般來說，行業(yè)將液冷分為直接冷卻和間接冷卻。

目前直接冷卻以浸沒式液冷技術(shù)為主，同時可分為相變和非相變兩種，間接冷卻以冷板式液冷技術(shù)為主。

浸沒式液冷技術(shù)是一種以液體作為傳熱介質(zhì)，發(fā)熱器件浸沒于液體中，通過直接接觸進行熱交換的冷卻技術(shù)。

液冷數(shù)據(jù)中心有哪些優(yōu)勢？

優(yōu)勢一:液冷技術(shù)的高效制冷可有效提升服務器的使用效率和穩(wěn)定性。

液體傳導熱能效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快、更優(yōu)，能夠?qū)崿F(xiàn)IT設(shè)備高效制冷。

同時，由于液體的比熱容大，在吸收大量熱量后自身溫度不會產(chǎn)生明顯的變化，故而能夠定CPU溫度。即使服務器遇到突發(fā)操作，運行功率激增也不會引起CPU內(nèi)部溫度大幅升高，保障CPU在一定范圍內(nèi)進行超頻工作不會出現(xiàn)過熱故障。

優(yōu)勢二:應用液冷技術(shù)有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能、降噪。

首先，液冷數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心相比，去掉了空調(diào)系統(tǒng)以及對應的風冷基礎(chǔ)設(shè)施，增加了循環(huán)泵，能夠節(jié)約建設(shè)成本。

其次，與風冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心能節(jié)省約30%的能源，有效降低能源消耗比，可以將PUE（數(shù)據(jù)中心能源效率的指標）降到1.05，滿足綠色數(shù)據(jù)中心的要求。

最后，在相同散熱條件下，液冷系統(tǒng)所使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比噪聲更小，可達到“靜音機房”的效果。

優(yōu)勢三:應用液冷技術(shù)有助于提高數(shù)據(jù)中心單位空間的服務器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運算效率。

液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻液系統(tǒng)，但是省卻了空調(diào)系統(tǒng)和相應基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，節(jié)省了大量空間，可以容納更多的服務器。

同時，液冷技術(shù)冷卻能力優(yōu)良，足以應對高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)中心可以配置高密度的服務器，從而得到更高的運算效率。

優(yōu)勢四:液體冷卻服務器能夠無視海拔和地域等環(huán)境影響。

數(shù)據(jù)中心是一個電子設(shè)備密集型的場所，影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素有很多，其中海拔高度是很少被提及，但對數(shù)據(jù)中心影響很大的因素。

海拔越高的地區(qū)，大氣壓或空氣密度越低，導致空氣介質(zhì)冷卻效應降低，空氣散熱能力下降。對于風冷數(shù)據(jù)中心，由于散熱能力下降，溫升增高，因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，空調(diào)系統(tǒng)的溫度需要調(diào)低，而將造成更多能量的損耗。

相比空氣而言，液體比熱容不受海拔與氣壓的影響，因此高海拔地區(qū)液冷數(shù)據(jù)中心的散熱效率與低海拔地區(qū)相比無差距，仍可以保持較高的散熱效率，保證數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的運行效率和性能。

優(yōu)勢五:液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟價值。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備24小時不間斷運行并散發(fā)巨大的熱能。

若這些熱量直接排放到大氣中，對環(huán)境而言是一種能源浪費。液冷數(shù)據(jù)中心熱量是以液體為載體，可以直接通過熱交換接入樓宇采暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖、溫水供應等需求。不僅節(jié)省了能源，也為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了附加價值。

浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心把計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于液冷環(huán)境進行完全重構(gòu)，將IT設(shè)備浸沒在絕緣無腐蝕性的冷卻液中，熱量被冷卻液吸收后直接通過冷卻系統(tǒng)高效地傳導到外界，打破風冷散熱瓶頸且實現(xiàn)PUE逼近1.0，同時密封的箱體保障IT設(shè)備不受潮濕、有害氣體、振動影響，提升設(shè)備可靠性達50%以上。

服務器液冷的解決方案