近幾年，數(shù)據(jù)中心的能耗問題受到越來越多的關(guān)注，并且已經(jīng)成為制約數(shù)據(jù)中心行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。政府相繼出臺(tái)多項(xiàng)政策，要求提高新建數(shù)據(jù)中心的節(jié)能水平。制冷占傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能耗相當(dāng)大的部分，隨著數(shù)據(jù)中心性能要求不斷提升， IT設(shè)施的發(fā)熱密度相應(yīng)逐步增加，對冷卻技術(shù)的節(jié)能增效刻不容緩。相對傳統(tǒng)風(fēng)冷方式，液體冷卻傳熱能力更強(qiáng)，以致液體冷卻特別是以水為代表的液冷方案正得到越來越廣泛的應(yīng)用。
3M公司成立于1902年，業(yè)務(wù)遍及全球200多個(gè)國家，向客戶提供多元化及高品質(zhì)的產(chǎn)品及服務(wù)。從2014年至今，協(xié)助開發(fā)使用其FC43氟化液產(chǎn)品的單相浸沒超算系統(tǒng)，在Green500屢次排名第一。
第十二屆中國 IDC產(chǎn)業(yè)年度大典即將開幕，中國IDC圈有幸邀請到3M公司的應(yīng)用工程專家藍(lán)濱來參與百家訪談活動(dòng)，為我們解析液冷技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用。
液冷技術(shù)的解析
液冷，顧名思義，是用液體物質(zhì)為主要傳熱媒介的制冷方案。目前常見的使用場景，有水冷機(jī)組和機(jī)柜內(nèi)風(fēng)冷配合的部分液冷方式，和完全由液體將熱量從發(fā)熱器件帶至外界環(huán)境的全部液冷方式。
液冷的介質(zhì)包括水、水基溶液（比如水加乙二醇）和其他有機(jī)溶液類的液體物質(zhì)。“如果考慮液體本身及溶解其他雜質(zhì)后的導(dǎo)電性，可以分為含水溶劑等導(dǎo)電或潛在導(dǎo)電性液體，以及氟化液、碳?xì)淙軇┑冉^緣性液體。”藍(lán)濱告訴記者，“從理論上講，液體越靠近熱源，其除熱效率也就越高，因此在一些高性能高密度計(jì)算應(yīng)用中，水冷的換熱位置從原來的機(jī)柜外逐步進(jìn)入機(jī)柜，甚至通過水冷板直接與芯片貼合，以此提升整個(gè)散熱系統(tǒng)的效率。”
6月29日，OVH公司位于巴黎的P19數(shù)據(jù)中心內(nèi)的3號機(jī)房中，由于水冷系統(tǒng)的塑料軟管發(fā)生破裂，因而導(dǎo)致冷卻液泄漏至服務(wù)器系統(tǒng)之內(nèi)。對此，藍(lán)濱表示，“按一般常識(shí)，水本身也屬于絕緣性物質(zhì)，但它同時(shí)也是非常好的離子溶劑。如果在關(guān)鍵部位的水冷系統(tǒng)一旦發(fā)生泄漏，冷卻水會(huì)溶解機(jī)柜內(nèi)灰塵或其他雜質(zhì)，有很大的可能引起局部腐蝕，甚至導(dǎo)致關(guān)鍵器件短路而立刻停止工作，這是對可靠性要求很高的數(shù)據(jù)中心無法接受的。如果簡單的將水改為絕緣性有機(jī)液體，傳熱性能又會(huì)大幅度下降。只有將發(fā)熱器件浸入絕緣液體中運(yùn)行的浸沒式冷卻方式，才能兼顧液體冷卻的高效性和安全性。”
浸沒式液冷技術(shù)的發(fā)展
近年來，隨著計(jì)算性能和能效要求的提高，浸沒技術(shù)開始得到越來越多的關(guān)注和開發(fā)。回顧過去五年世界超級計(jì)算機(jī)能效榜Green500，浸沒冷卻方案都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。而2017年11月的排名顯示，包括第一名Shoubu B的前五名有四套是采用浸沒冷卻方式的系統(tǒng)。藍(lán)濱告訴記者，其實(shí)在20世紀(jì)70年代已經(jīng)有人開始浸沒技術(shù)在計(jì)算機(jī)的研究，早在1990年Cray就將其應(yīng)用在其早期的超級計(jì)算機(jī)中。“當(dāng)時(shí)隨著風(fēng)冷技術(shù)的逐步成熟和芯片功率要求的降低，這個(gè)技術(shù)沒有得到大范圍的推廣。”
藍(lán)濱解釋，“從機(jī)理上講，浸沒式液冷適用于所有中低壓功率器件的散熱，包括計(jì)算機(jī)服務(wù)器等IT設(shè)施。”實(shí)際情況是，因浸沒液體需要一個(gè)盛載的容器，在設(shè)計(jì)上會(huì)和現(xiàn)有機(jī)殼機(jī)架的形式有較大的區(qū)別，這就決定了它需要一定的前期開發(fā)工程；一些定制化器件不可避免的需要一定額外的投入；相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也有待完善；對一般行業(yè)用戶來說，相關(guān)實(shí)例的信息參考較少，深圳論壇空間 香港主機(jī)，尤其對液體等所涉及的化學(xué)知識(shí)更加缺乏，這些問題的存在，無一不表明：浸沒式液冷需要一個(gè)認(rèn)知改變、熟悉新技術(shù)新操作的過程。
綠色數(shù)據(jù)中心的“使能者”
浸沒冷卻作為一個(gè)革命性的創(chuàng)新技術(shù)，？無論是可選用的絕緣液體，還是相關(guān)的配套技術(shù)，香港站群服務(wù)器 美國服務(wù)器，都在其他行業(yè)有著多年的應(yīng)用歷史。“將其借鑒到相對陌生的IT設(shè)備冷卻應(yīng)用中來，浸沒冷卻系統(tǒng)與傳統(tǒng)服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心無論在設(shè)計(jì)，？使用習(xí)慣和運(yùn)維方式方面都有很大的改變”藍(lán)濱說道。
與傳統(tǒng)冷卻方式相比，在浸沒冷卻應(yīng)用中， 熱量完全由液體從發(fā)熱源傳遞出去，因與發(fā)熱源直接接觸，液體的流向更容易控制，其效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，單位體積可以支持的計(jì)算密度也更高。另一方面，相比自然風(fēng)冷對環(huán)境溫度、濕度和空氣腐蝕性的苛刻要求，浸沒技術(shù)對外界環(huán)境的要求非常寬泛，可部署的彈性非常大。同時(shí)浸沒系統(tǒng)可重復(fù)使用的特性也節(jié)省了系統(tǒng)升級中制冷方案的重新設(shè)計(jì)，縮短了系統(tǒng)布置時(shí)間。藍(lán)濱表示，“這項(xiàng)技術(shù)完全適應(yīng)未來綠色數(shù)據(jù)中心所期望的低PUE值，高使用性能和較少占地空間的趨勢。”
