漫談數據中心液冷利弊

       在大數據爆發的時代，特別是隨著AI技術的發展，數據量更是以幾何倍數增長。承擔這些數據運算和存儲的數據中心，也出現了高密高電的發展趨勢。這樣的發展帶來的一個問題就是散熱，傳統的空氣冷卻散熱系統逐漸出現了不堪重負的現象，而液冷技術由于具有更高的效率和更低的能耗，已經嶄露頭角。

　　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，將IT設備或者服務器產生的熱量帶走，使之冷卻。事實上，早在上世紀60年代，IBM就已經開始使用液冷技術的前身，也就是水冷來對其大型計算機降溫了。現在的液冷技術由于成本問題，主要應用于高性能計算領域。

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。這個區分主要是根據制冷液體和設備之間的接觸方式而定的。

　　首先我們來說說間接接觸型液冷。這里面的典型是冷板式液冷，是將需要散熱的設備固定在一塊冷板上，而液體在通過冷板的時候將設備的熱量帶走，以達到散熱的目的。但是像機箱內部的硬盤，電源等部件，由于不能接觸到液體，所以依然需要靠風扇來散熱，采用這種冷板式液冷散熱的服務器還有個別名，叫做氣液雙通道服務器。這種冷板式液冷服務器的優點在于，對數據中心架構的影響有限，噪音低，能效高和成本可控。對于那些較高熱密度的數據中心散熱比較合適。目前像百度，阿里和騰訊，均展示過自己的冷板式液冷服務器。

　　除此之外，還有一種方式叫做浸沒式液冷。這種方式的特點在于將服務器等需要散熱的IT設備完全浸沒在冷卻液中。依靠液體的循環流動帶走熱量。這也叫做直接接觸型液冷。一般來說是將服務器放在特殊設計的容器中。冷卻液在將熱量帶走以后會被氣化，再通過其他裝置冷卻后循環利用。這種方式由于冷卻液和設備充分接觸，所以散熱效率更高，再加上沒有風扇，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。

液冷技術的冷卻液都是啥？

　　水

　　液冷最直接，成本也最低廉的冷卻液當然是水。但由于水并非絕緣體，所以只能應用于間接接觸型液冷。除此以外，安全防護十分重要，一旦發生泄漏，對服務器等IT設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廉的冷卻液。單相礦物油無毒無味不易揮發。但由于粘性較高，容易在設備表面形成殘留。另外，雖然燃點較高，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是絕緣，且不燃。在數據中心液冷技術中是最安全的一種，也是目前應用最廣泛的。但是其高昂的價格讓很多有志于液冷技術的廠商咋舌。

　　以往來說，液冷技術主要應用于高性能計算領域。但是隨著現在數據中心向著高密高電的方向發展，傳統的風冷技術已經不能完全滿足其散熱需求。這些都是促使液冷技術下沉的主要因素。

　　雖然風冷系統的創新從未止步，從傳統的機房空調到直接風側自然冷卻的AHU和間接風側自然冷卻的AHU等方式層出不窮。但由于載熱能力的差距，相比于風冷，液冷技術可以大幅度降低數據中心的能源消耗。比如很多沉浸式液冷數據中心的PUE甚至可以達到驚人的1.03-1.05。但是相同規模的風冷系統數據中心，其PUE值還在1.3-1.5之間。

　　得益于更高的散熱效率，對建筑物的依賴度更低，以及靜音安全的特點，那些對場地，電力要求較高的數據中心也會逐漸考慮采用液冷技術。除了傳統的大規模數據中心以外，隨著邊緣計算時代的來臨，未來的邊緣計算數據中心也會有大概20%采用液冷技術。

　　雖然液冷技術優勢很多，但目前也仍然存在著一些制約因素。具體來說有如下幾點：

　　1.缺乏相應的標準支持

　　目前沉浸式液冷還沒有在行業內形成趨勢，缺乏大規模應用的案例。國家或者行業對其技術的規范也還處于空缺狀態。

　　2.改建成本過高

　　采用液冷技術的數據中心在設計方式上和傳統采用風冷的數據中心迥異。比如樓梯的承重，機房的層高等。如果貿然更換冷卻方式，除了空間利用率會受到影響之外，人員維護以及再建設成本也都將是一筆不小的支出。

　　3.腐蝕風險

　　如前文所述，水是導電的，而礦物油和氟化物在與空氣接觸后會被其他物質所污染，從而對服務器等IT設備帶來腐蝕的風險。為此帶來的防范成本很高。

　　不過，液冷技術雖然仍存在很多問題，但得益于其明顯的優勢，在未來的數據中心建設當中必然會有用武之地。

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