在大數(shù)據(jù)爆發(fā)的時(shí)代，特別是隨著AI技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量更是以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。承擔(dān)這些數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中心，也出現(xiàn)了高密高電的發(fā)展趨勢(shì)。這樣的發(fā)展帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題就是散熱，傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了不堪重負(fù)的現(xiàn)象，而液冷技術(shù)由于具有更高的效率和更低的能耗，已經(jīng)嶄露頭角。

      所謂的液冷，并不是單純指的水。指的是將高比熱容的液體作為傳輸介質(zhì)，將IT設(shè)備或者服務(wù)器產(chǎn)生的熱量帶走，使之冷卻。事實(shí)上，早在上世紀(jì)60年代，IBM就已經(jīng)開(kāi)始使用液冷技術(shù)的前身，也就是水冷來(lái)對(duì)其大型計(jì)算機(jī)降溫了?，F(xiàn)在的液冷技術(shù)由于成本問(wèn)題，主要應(yīng)用于高性能計(jì)算領(lǐng)域。

液冷的分類


      液冷主要有兩種類型，一種叫做直接接觸型液冷，還有一種叫做間接接觸型液冷。這個(gè)區(qū)分主要是根據(jù)制冷液體和設(shè)備之間的接觸方式而定的。
      首先我們來(lái)說(shuō)說(shuō)間接接觸型液冷。這里面的典型是冷板式液冷，是將需要散熱的設(shè)備固定在一塊冷板上，而液體在通過(guò)冷板的時(shí)候?qū)⒃O(shè)備的熱量帶走，以達(dá)到散熱的目的。但是像機(jī)箱內(nèi)部的硬盤，電源等部件，由于不能接觸到液體，所以依然需要靠風(fēng)扇來(lái)散熱，采用這種冷板式液冷散熱的服務(wù)器還有個(gè)別名，叫做氣液雙通道服務(wù)器。這種冷板式液冷服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的影響有限，噪音低，能效高和成本可控。對(duì)于那些較高熱密度的數(shù)據(jù)中心散熱比較合適。目前像百度，阿里和騰訊，均展示過(guò)自己的冷板式液冷服務(wù)器。

      除此之外，還有一種方式叫做浸沒(méi)式液冷。這種方式的特點(diǎn)在于將服務(wù)器等需要散熱的IT設(shè)備完全浸沒(méi)在冷卻液中。依靠液體的循環(huán)流動(dòng)帶走熱量。這也叫做直接接觸型液冷。一般來(lái)說(shuō)是將服務(wù)器放在特殊設(shè)計(jì)的容器中。冷卻液在將熱量帶走以后會(huì)被氣化，再通過(guò)其他裝置冷卻后循環(huán)利用。這種方式由于冷卻液和設(shè)備充分接觸，所以散熱效率更高，再加上沒(méi)有風(fēng)扇，所以比冷板式液冷的噪音更低。比如曙光的硅立方，就是典型的沉浸式液冷。


液冷技術(shù)的冷卻液都是啥？


水


液冷最直接，成本也最低廉的冷卻液當(dāng)然是水。但由于水并非絕緣體，所以只能應(yīng)用于間接接觸型液冷。除此以外，安全防護(hù)十分重要，一旦發(fā)生泄漏，對(duì)服務(wù)器等IT設(shè)備的損害將非常致命。


礦物油


除了水之外，礦物油也是一種物美價(jià)廉的冷卻液。單相礦物油無(wú)毒無(wú)味不易揮發(fā)。但由于粘性較高，容易在設(shè)備表面形成殘留。另外，雖然燃點(diǎn)較高，但是在某些特定條件下還是有燃燒的可能，必須加以注意。


氟化液


這種液體最大的特點(diǎn)是絕緣，且不燃。在數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)中是最安全的一種，也是目前應(yīng)用最廣泛的。但是其高昂的價(jià)格讓很多有志于液冷技術(shù)的廠商咋舌。


以往來(lái)說(shuō)，液冷技術(shù)主要應(yīng)用于高性能計(jì)算領(lǐng)域。但是隨著現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心向著高密高電的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足其散熱需求。這些都是促使液冷技術(shù)下沉的主要因素。


雖然風(fēng)冷系統(tǒng)的創(chuàng)新從未止步，從傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)到直接風(fēng)側(cè)自然冷卻的AHU和間接風(fēng)側(cè)自然冷卻的AHU等方式層出不窮。但由于載熱能力的差距，相比于風(fēng)冷，液冷技術(shù)可以大幅度降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗。比如很多沉浸式液冷數(shù)據(jù)中心的PUE甚至可以達(dá)到驚人的1.03-1.05。但是相同規(guī)模的風(fēng)冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，其PUE值還在1.3-1.5之間。


得益于更高的散熱效率，對(duì)建筑物的依賴度更低，以及靜音安全的特點(diǎn)，那些對(duì)場(chǎng)地，電力要求較高的數(shù)據(jù)中心也會(huì)逐漸考慮采用液冷技術(shù)。除了傳統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心以外，隨著邊緣計(jì)算時(shí)代的來(lái)臨，未來(lái)的邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)中心也會(huì)有大概20%采用液冷技術(shù)。


雖然液冷技術(shù)優(yōu)勢(shì)很多，但目前也仍然存在著一些制約因素。具體來(lái)說(shuō)有如下幾點(diǎn)：


1. 缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)支持


目前沉浸式液冷還沒(méi)有在行業(yè)內(nèi)形成趨勢(shì)，缺乏大規(guī)模應(yīng)用的案例。國(guó)家或者行業(yè)對(duì)其技術(shù)的規(guī)范也還處于空缺狀態(tài)。


2. 改建成本過(guò)高


采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心在設(shè)計(jì)方式上和傳統(tǒng)采用風(fēng)冷的數(shù)據(jù)中心迥異。比如樓梯的承重，機(jī)房的層高等。如果貿(mào)然更換冷卻方式，除了空間利用率會(huì)受到影響之外，人員維護(hù)以及再建設(shè)成本也都將是一筆不小的支出。


3.腐蝕風(fēng)險(xiǎn)


如前文所述，水是導(dǎo)電的，而礦物油和氟化物在與空氣接觸后會(huì)被其他物質(zhì)所污染，從而對(duì)服務(wù)器等IT設(shè)備帶來(lái)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。為此帶來(lái)的防范成本很高。


不過(guò)，液冷技術(shù)雖然仍存在很多問(wèn)題，但得益于其明顯的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)當(dāng)中必然會(huì)有用武之地。