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数据中心液体冷却技术那些事

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-07-29 7:34:24 * 浏览: 1
随着云计算,大数据(尤其是人工智能技术)的创新发展,承担大量数据计算和存储需求的数据中心需要更高效地满足业务发展的需求。就解决高热密度数据中心的散热问题而言,液体冷却具有传统数据中心空调系统无法匹敌的优势,同时能耗更低。在过去的两年中,数据中心液体冷却技术的话题变得越来越热门。在2018年开放数据中心峰会上,有4或5个主题讨论了液体冷却技术,涉及液体冷却工作流体,实践等,并发布了《关于液体冷却技术和应用开发的白皮书》,在促进液体冷却技术的应用和推广方面发挥作用。 1概述(1)什么是液体冷却?液体冷却是指一种冷却方法,该方法使用具有高比热容量的液体作为传热的工作介质,以满足IT设备(例如服务器)的散热要求。液体冷却技术不仅是最近在计算机和IT领域中应用的。在1960年代,IBM的大型机采用了水冷技术。目前,液体冷却技术主要用于高性能计算。 (2)液体冷却的主要类型是什么?根据液体与加热装置的接触方式,液体冷却主要分为间接接触式液体冷却和直接接触式液体冷却(图1)。 ①冷板液冷:主要的加热部件固定在冷板上,流过冷板的液体用于带走热量,达到散热的目的。这是典型的间接接触液体冷却。仍然需要其他加热组件,例如硬盘和电源。风扇驱动空气散发热量,因此当前的冷板液冷服务器也称为气液双通道服务器。经过数年的发展,冷板液冷技术已经相对成熟。在过去两年的开放数据中心峰会上,英美烟草等互联网巨头展示了他们的冷板液体冷却服务器,而冷板液体冷却服务器对于当前的数据中心而言更为重要。它的架构影响很小,具有低噪声,高能效和较低的总体拥有成本,可以解决较高热密度数据中心的散热问题。图2显示了冷板液体冷却的示例。 ②淹没式液体冷却:顾名思义,加热元件浸入冷却液中,IT设备运行产生的热量通过液体循环带走。浸没液体冷却是典型的直接接触液体冷却。当前,更流行的方法是将服务器浸入经过特殊设计的机柜中,但是这种架构降低了数据中心建筑空间的利用率,并且一些制造商为服务器定制了设计。封装每个服务器和冷却剂的外壳可在不更改现有数据中心部署架构的情况下优化空间利用率。由于加热元件和冷却剂之间的直接接触,因此浸没式液体冷却具有更高的散热效率。与冷板液冷相比,噪音更低(根本没有风扇),热密度更高,更节能。图3显示了浸没液体冷却的示例。 (3)冷却液的主要类型是什么? ①水:主要是去离子纯水。作为一种容易获得的资源,水被广泛用于制冷系统中。水具有高的比热容并且是良好的散热介质。它价格便宜,环保,无污染并且与现有系统兼容。但是,由于水不是绝缘体,因此只能用于非直接接触式液体冷却技术。一旦发生泄漏,将对IT设备造成致命损害。 ②矿物油:矿物油是一种价格相对较低的绝缘冷却剂。单相矿物油无味,无毒,不挥发。这是一种环保的媒介。但是,由于矿物油的粘度高,因此更容易保留,而且易分解,虽然着火点相对较高,但毕竟是易燃物质,在一定条件下仍存在燃烧的危险。 ③氯化钾:氟化液的原始作用是电路板清洗液。由于它具有绝缘和不易燃的惰性,因此被用于数据中心液体冷却技术。它是目前使用最广泛的浸入式冷却剂,但它也是三种类型最昂贵的冷却剂。 (4)哪种浸液冷却单相或两相系统更好? ①单相液体冷却:是指在循环散热过程中不发生相变并保持液态的冷却液。单相液体冷却要求冷却液的沸点高,冷却液挥发损失的控制相对简单,与IT设备组件的兼容性高,冷却介质的污染少,但其效率低于两相液体冷却。当前公开的大多数浸入式液体冷却箱都使用单相液体冷却系统。 ②两相液体冷却:是指循环热量过程中冷却液的相变。两相液体冷却具有更高的传热效率,并且不需要泵来驱动流体循环。但是,冷却剂挥发和损失的控制相对复杂。尽管封闭的储罐可以解决冷却液挥发的问题,但储罐是由相变引起的。身体的压力会发生变化,压力容器的设计和生产需要严格的监督以确保使用的安全性。另外,冷却介质很容易受到污染,因此需要进行预处理和污染控制以确保系统的正常运行。 (5)数据中心液体冷却技术应用的主要推动力是什么?现在,服务于高性能计算领域的传统液体冷却技术越来越多地应用于数据中心,而需求驱动使数据中心运行在更高的层次上。密度高,并且使用比风冷技术更有效的冷却解决方案。液体冷却技术在数据中心的应用驱动力主要体现在以下几个方面:2人工智能技术的创新与发展近年来,CPU的年增长率与包括GPU在内的摩尔定律非常一致。 ,FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)也在数据中心应用中显示出快速增长的趋势,从而进一步提高了数据中心IT设备的功率密度。机柜的功率密度正在增加。 Uptime Institute的Andy Lawrence说:“ Uptime监视的大多数数据中心的机柜功率密度现已达到10kW,甚至某些机柜的功率密度也已达到30kW,这不在高性能计算应用领域。”液体冷却系统,特别是浸入式液体冷却系统,非常适合解决CPU和GPU的散热问题。” 3进一步降低数据中心的运营成本。尽管业界不断创新空气冷却系统,但从传统的机房空调到直接空气侧自然冷却AHU和间接空气侧自然冷却AHU,数据中心制冷系统的运营成本仍然很高。空气的传热能力远低于液体的传热能力,采用液体冷却剂的液体冷却技术可以大大降低数据中心的能源利用率。淹没液冷数据中心的已发布PUE值达到1.05甚至更低。与风冷系统数据中心的PUE值= 1.3-1.5相比,其能效结果非常显着。 4边缘计算并非所有边缘计算数据中心都会采用液体冷却。据估计,超过20%的边缘计算数据中心将采用液体冷却技术。由于其效率高,对建筑物部署的依赖性低以及安静和安全,因此液冷技术可以满足在电力容量不足的情况下高密度部署的要求。 5部署液体冷却剂的主要障碍是什么数据中心的技术?由于液冷技术具有空冷技术无与伦比的优势,并且市场的推动力已经使液冷技术的大规模应用具有坚实的基础,这在数据中没有障碍液体的部署中心的散热技术?显然,事情并非如此简单:①缺乏相应的标准支持了当前的液体冷却技术,尤其是数据中心的浸没式液体冷却技术。仍然缺乏大规模的应用案例,也缺乏相应的标准。该国家的国家或行业标准有效地规范了该技术。 ②数据中心的空间利用率。数据中心的当前物理基础架构设计基于当前的风冷系统架构。一个简单的例子是建筑物的承重能力,计算机房的高度以及基于液体容器设计的浸入式液体冷却。除了人员维护的便利之外,空间利用率不可避免地会降低。 ③制冷结构的粒度太低,使操作和维护更加复杂。液体冷却的粒度为机柜(箱)级,服务器级甚至芯片级,这比目前的主流风冷系统低,复杂。而且维护相对困难。 ④腐蚀上面提到的三种常见的冷却剂本身并不具有腐蚀性,例如水,但是水中的其他物质具有腐蚀性,因此在冷板液体冷却中通常使用去离子纯液体冷却。水。此外,矿物油和氟化物本身不具有腐蚀性,但是由于与空气接触并被空气中的其他物质污染,因此具有潜在腐蚀IT设备的风险。需要避免这种情况的预处理,这也增加了液体冷却技术部署的成本。液体冷却技术是对现有数据中心冷却架构的巨大挑战,也是巨大的机遇。随着液体冷却技术的不断改进,它必将在数据中心冷却领域占据重要地位。关于作者李金,施耐德电气IT部门业务发展经理。他在数据中心制冷领域拥有多年经验,曾担任系统工程师,产品经理和业务开发经理。他致力于数据中心客户散热需求和前沿技术的研究。他多次参与编写“数据中心机房空调系统技术白皮书”。