數(shù)據(jù)中心“冷戰(zhàn)”風(fēng)冷未央液冷已至

近幾年，數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題受到越來(lái)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。為此，2013年以來(lái)，政府相繼出臺(tái)了多項(xiàng)政策，對(duì)新建數(shù)據(jù)中心的節(jié)能水平提出了要求，北京更是暫停了PUE＞1.5的新建數(shù)據(jù)中心審批工作。

數(shù)據(jù)中心為了追求更加的高效節(jié)能，冷卻技術(shù)也發(fā)展出了多種形式。目前，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)上主要采取制冷方式包括：風(fēng)冷精密空調(diào)制冷和水冷精密空調(diào)制冷。

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數(shù)據(jù)中心早期并沒(méi)有專用的精密空調(diào)，也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，早期的數(shù)據(jù)中心主要用的是民用大功率空調(diào)，這種空調(diào)主要是為人而設(shè)計(jì)，并不合適在數(shù)據(jù)中心的環(huán)境中使用，與機(jī)房專用空調(diào)相比在恒溫、恒濕、除塵等方面均達(dá)不到數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)中心發(fā)展初期，由于受到當(dāng)時(shí)條件所限，使用這種空調(diào)也只是權(quán)宜之計(jì)。

到上世紀(jì)70年代，機(jī)房專用精密空調(diào)出現(xiàn)，精密空調(diào)可以有效保障數(shù)據(jù)中心的恒溫恒濕環(huán)境，而除塵方面采用新風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)房正壓除塵，從而滿足數(shù)據(jù)中心保持適度恒定，良好的空氣潔凈度、具備遠(yuǎn)程監(jiān)控等要求。

2000年以后，我國(guó)改革開放到了一個(gè)新的時(shí)期，國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)開始快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心也進(jìn)入到了一個(gè)新的發(fā)展階段。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的普及，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息傳遞越來(lái)越頻繁，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量和計(jì)算量越來(lái)越大，這時(shí)為了保障數(shù)據(jù)中心的安全穩(wěn)定，人們對(duì)精密空調(diào)系統(tǒng)的高可用性提出了更高的要求，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可用性、綠色節(jié)能、動(dòng)態(tài)冷卻成為了主要的創(chuàng)新方向。

與風(fēng)冷精密空調(diào)制冷相比，水冷精密空調(diào)制冷則呈現(xiàn)起步較早，發(fā)展緩慢的現(xiàn)象。

上世紀(jì)60年代，水冷開始被運(yùn)用到大型計(jì)算機(jī)主機(jī)和高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)中。起初，數(shù)據(jù)中心中的熱負(fù)荷較低，使用風(fēng)冷比水冷的成本低，所以當(dāng)時(shí)更多的機(jī)房主要還是使用風(fēng)冷。后來(lái)，隨著設(shè)備的不斷增加，服務(wù)器越發(fā)的密集，人們發(fā)現(xiàn)風(fēng)冷已經(jīng)開始不能滿足冷卻需求，這個(gè)時(shí)候水冷技術(shù)得以發(fā)揮出自己的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵跓醾鲗?dǎo)方面，水比空氣有效得多，據(jù)測(cè)算，用于冷卻時(shí)，水的效率是空氣的3500倍。

后來(lái)，IBM研究人員推出了直射式散熱技術(shù)。這是一種水冷技術(shù)的新突破，在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中將水直接噴射至芯片背板，并隨后將吸附芯片熱量的水分吸干。這套系統(tǒng)采用了多達(dá)5萬(wàn)個(gè)噴嘴和1個(gè)復(fù)雜的樹狀回路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

大約10年前，人們發(fā)現(xiàn)將水冷管道通過(guò)機(jī)架直接接入到服務(wù)器上，并配合處理器散熱器上的水冷銅座共同發(fā)揮作用，這種方式的散熱效率相比之前的更好。

再后來(lái)，因?yàn)樗淠芎牡?，效率高等特點(diǎn)逐漸也成為了機(jī)房冷卻的主要方式。

但是，風(fēng)冷也好，水冷也好，人們對(duì)技術(shù)的要求總是不滿足的，為了數(shù)據(jù)中心更安全同時(shí)更加綠色節(jié)能，為了應(yīng)對(duì)未來(lái)大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)中心對(duì)于高密度的需求，一種新的制冷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了，那就是將服務(wù)器直接浸入絕緣性液體運(yùn)行的浸沒(méi)液冷技術(shù)。

目前，對(duì)于浸沒(méi)液冷技術(shù)國(guó)內(nèi)外很多廠商都都進(jìn)行了研究，例如，IBM公司從20世紀(jì)70年代開始浸沒(méi)液冷的研究，具有30多項(xiàng)機(jī)架式浸沒(méi)液冷專利。美國(guó)的GRC開發(fā)了高沸點(diǎn)單相浸沒(méi)的碳?xì)淙軇┲评湎到y(tǒng)。3M公司從2009年倡導(dǎo)使用低沸點(diǎn)氟化液的兩相式蒸發(fā)浸沒(méi)冷卻系統(tǒng)。日本利用3M公司一種高沸點(diǎn)氟化液FC43開發(fā)的單相浸沒(méi)超算系統(tǒng)。另外，我國(guó)的一些企業(yè)也在研究開發(fā)相關(guān)浸沒(méi)液冷技術(shù)，例如曙光，從2012年開始就對(duì)液冷服務(wù)器技術(shù)進(jìn)行了探索和研究。

浸沒(méi)液冷技術(shù)之所以受到眾多廠商的青睞，主要是因?yàn)樗怀龅男阅?。首先，液體的冷卻能力是空氣的1000-3000倍；其次，液冷可實(shí)現(xiàn)高密度、低噪音、低傳熱溫差、自然冷卻等優(yōu)點(diǎn)；另外，浸沒(méi)液冷的功率密度可超過(guò)每機(jī)柜體積100kW、噪音低于50dB、PUE低于1.2。

目前在浸沒(méi)液冷服務(wù)器冷卻技術(shù)的分類上又分為：

單相冷卻：即利用高沸點(diǎn)液體的比熱溫升過(guò)程帶走熱量，稱為單相浸沒(méi)冷卻服務(wù)器或油（包括高沸點(diǎn)碳?xì)?、硅油、氟化液）冷服?wù)器。

相變冷卻：利用低沸點(diǎn)氟化液或其他絕緣易蒸發(fā)液體的氣化過(guò)程帶走熱量，稱為相變冷卻式服務(wù)器或蒸發(fā)冷卻式服務(wù)器。

據(jù)了解，目前機(jī)房浸沒(méi)液冷技術(shù)主要運(yùn)用在比特幣礦機(jī)和超算中心等高密度環(huán)境。

雖然浸沒(méi)液冷技術(shù)有諸多的優(yōu)勢(shì)，但是目前卻無(wú)法大面積的使用在已建數(shù)據(jù)中心中，因?yàn)槿绻捎媒](méi)液冷方式的話，需要對(duì)原有的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改造，而這對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是一筆不小的成本，另外，許多熱負(fù)荷較低的小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房可能并沒(méi)有必要采用液冷的必要，因?yàn)轱L(fēng)冷對(duì)于小型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用了，液冷的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在大型或者超大型的數(shù)據(jù)中心中。

不過(guò)，浸沒(méi)液冷技術(shù)的前景還是非常客觀的，近幾年，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)如火如荼，并且數(shù)據(jù)中心正在向大型和超大型方面發(fā)展，液冷技術(shù)將會(huì)更好的發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。除了在數(shù)據(jù)中心方面的應(yīng)用，液冷技術(shù)在未來(lái)的應(yīng)用還要很多，比如現(xiàn)在越來(lái)越熱的人工智能方面，人工智能的發(fā)展得益于大數(shù)據(jù)或者是深度學(xué)習(xí)算法，以及計(jì)算能力的提升，近年來(lái)對(duì)人工智能的研究有了很大的突破。在硬件方面，GPU并行能力的提升使得人工智能釋放了一些全新的潛力。對(duì)于GPU本身來(lái)說(shuō)，單個(gè)芯片的功耗可以達(dá)到300瓦以上，這樣對(duì)于整個(gè)服務(wù)器來(lái)說(shuō)，它的散熱問(wèn)題將是一個(gè)非常嚴(yán)峻而且有待解決的問(wèn)題，而全浸沒(méi)式的液冷技術(shù)則恰恰很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

另外，在前沿科學(xué)領(lǐng)域，例如大氣或者是洋流的仿真研究，包括天體物理的數(shù)據(jù)處理，包括宇宙演化的模擬，全球氣候變化的模擬等。在這些研究的過(guò)程當(dāng)中伴隨著大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算分析處理，包括圖片的分析處理，所以在科研領(lǐng)域，在未來(lái)對(duì)芯片的性能要求會(huì)是非常高的。全浸沒(méi)式的液冷技術(shù)能夠很好的解決芯片的散熱問(wèn)題，同時(shí)提高芯片的性能。

科技是第一生產(chǎn)力，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著整個(gè)社會(huì)的發(fā)展，而機(jī)房冷卻技術(shù)的發(fā)展將在很大程度上推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，浸沒(méi)液冷技術(shù)作為一種高效，節(jié)能，安全的冷卻技術(shù)，在將來(lái)必將成為越來(lái)越多的數(shù)據(jù)中心的選擇。