数据中心液冷和水冷的区别

作者:兰洋科技    浏览量:5389    时间:2023年02月24日    标签: 液冷技术 水冷散热 散热方式 IDC数据中心

大数据爆发的时代,特别是随着AI技术的发展,数据量更是以几何倍数增长。承担这些数据运算和存储的数据中心,也出现了高密高电的发展趋势。这样的发展带来的一个问题就是散热,传统的空气冷却散热系统逐渐出现了不堪重负的现象,而液冷技术由于具有更高的效率和更低的能耗,已经崭露头角。

所谓的液冷,并不是单纯指的水。指的是将高比热容的液体作为传输介质,将IT设备或者服务器产生的热量带走,使之冷却。事实上,早在上世纪60年代,IBM就已经开始使用液冷技术的前身,也就是水冷来对其大型计算机降温了。现在的液冷技术由于成本问题,主要应用于高性能计算领域。

数据中心液冷和水冷的区别

液冷的分类

液冷主要有两种类型,一种叫做直接接触型液冷,还有一种叫做间接接触型液冷。这个区分主要是根据制冷液体和设备之间的接触方式而定的。

首先我们来说说间接接触型液冷。这里面的典型是冷板式液冷,是将需要散热的设备固定在一块冷板上,而液体在通过冷板的时候将设备的热量带走,以达到散热的目的。但是像机箱内部的硬盘,电源等部件,由于不能接触到液体,所以依然需要靠风扇来散热,采用这种冷板式液冷散热的服务器还有个别名,叫做气液双通道服务器。这种冷板式液冷服务器的优点在于,对数据中心架构的影响有限,噪音低,能效高和成本可控。对于那些较高热密度的数据中心散热比较合适。目前像百度,阿里和腾讯,均展示过自己的冷板式液冷服务器。

数据中心液冷和水冷的区别

除此之外,还有一种方式叫做浸没式液冷。这种方式的特点在于将服务器等需要散热的IT设备完全浸没在冷却液中。依靠液体的循环流动带走热量。这也叫做直接接触型液冷。一般来说是将服务器放在特殊设计的容器中。冷却液在将热量带走以后会被气化,再通过其他装置冷却后循环利用。这种方式由于冷却液和设备充分接触,所以散热效率更高,再加上没有风扇,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。

液冷技术的冷却液都是啥?

液冷最直接,成本也最低廉的冷却液当然是水。但由于水并非绝缘体,所以只能应用于间接接触型液冷。除此以外,安全防护十分重要,一旦发生泄漏,对服务器等IT设备的损害将非常致命。

矿物油

除了水之外,矿物油也是一种物美价廉的冷却液。单相矿物油无毒无味不易挥发。但由于粘性较高,容易在设备表面形成残留。另外,虽然燃点较高,但是在某些特定条件下还是有燃烧的可能,必须加以注意。

氟化液

电子氟化液最大的特点是绝缘,且不燃。在数据中心液冷技术中是最安全的一种,也是目前应用最广泛的。但是其高昂的价格让很多有志于液冷技术的厂商咋舌。

以往来说,液冷技术主要应用于高性能计算领域。但是随着现在数据中心向着高密高电的方向发展,传统的风冷技术已经不能完全满足其散热需求。这些都是促使液冷技术下沉的主要因素。

数据中心液冷和水冷的区别

虽然风冷系统的创新从未止步,从传统的机房空调到直接风侧自然冷却的AHU和间接风侧自然冷却的AHU等方式层出不穷。但由于载热能力的差距,相比于风冷,液冷技术可以大幅度降低数据中心的能源消耗。比如很多沉浸式液冷数据中心PUE甚至可以达到惊人的1.03-1.05。但是相同规模的风冷系统数据中心,其PUE值还在1.3-1.5之间。

得益于更高的散热效率,对建筑物的依赖度更低,以及静音安全的特点,那些对场地,电力要求较高的数据中心也会逐渐考虑采用液冷技术。除了传统的大规模数据中心以外,随着边缘计算时代的来临,未来的边缘计算数据中心也会有大概20%采用液冷技术。


数据中心液冷和水冷的区别

对液冷技术比较关注的朋友大概已经捕捉到些许不同,液冷服务器、水冷超算集群,这都是什么样的存在呢?我们今天就带着这一问题一探究竟。

液冷,是指通过液体来替代空气,把CPU、内存条、芯片组、扩展卡等器件在运行时所产生的热量带走。根据目前技术研究的进程,将液冷分类为了水冷和冷媒冷却,可用冷媒包括水、矿物油、电子氟化液等。按照冷却原理,又将液冷分为了冷板式液冷(间接式冷却)和浸没式液冷(直接式冷却)两种系统模式。

从曙光和联想发布的两款产品来看,都属于间接式冷却即冷板式液冷服务器,百度在2017百度AI开发者大会上也展示了在GPU上加了冷板散热器的X-Man 2.0,这些冷媒都采用了水。

数据中心液冷和水冷的区别

从图片上可以看出,三款服务器都是将水从特制的快速接口注入,经过密闭的送水管路,将CPU的热量带走后,通过回水管路流出。其差别在于,曙光和百度所使用的管路为软管,而联想则采用了铜管,相比铜管软管易于弯折,布局更自由。另外曙光第二代冷板式液冷服务器,液体冷却系统囊括了内存条。

所以,液冷可能是水冷,也可能是其他冷媒,需要根据应用场景的可靠性等级要求而定;但水冷一定是液冷技术范畴内的。

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