数据中心的冷战:空气冷却没有结束，液体冷却到来

数据中心的冷战:空气冷却没有结束，液体冷却到来 近年来，数据中心的能耗问题越来越受到重视，成为制约数据中心产业可持续发展的重要因素。为此，自2013年以来，政府相继出台了一系列政策，要求新数据中心达到节能水平。中国政府甚至暂停批准PUE>1.5的新数据中心。 近年来，能源消耗问题越来越受到重视，已经成为制约数据中心产业可持续发展的重要因素。为此，自2013年以来，政府相继出台了一系列政策，要求新数据中心达到节能水平。中国政府甚至暂停批准PUE>1.5的新数据中心。

为了追求更高的效率和节能，数据中心开发了各种形式的冷却技术。目前，数据中心市场的主要冷却方式包括:空冷精度空调制冷却和水冷精度空调制冷却。

在数据中心的早期，没有特殊的精度空调整，也没有统一的标准。在数据中心的早期，主要使用民用高功率空调整。这种空的调整主要是为人类设计的，不适合在数据中心的环境中使用。与房间特殊空调整相比，恒温、恒湿、除尘等方面不能满足数据中心的标准。在数据中心开发之初，由于当时的条件有限，使用这种空调整只是权宜之计。

到20世纪70年代，计算机房出现了精度空调整。精度空调节可有效保证数据中心的恒温恒湿环境，除尘采用新风系统，机房采用正压除尘，满足保持数据中心适度恒定、0+气体洁净度好、远程监控等要求。

2000年后，中国的改革开放进入了一个新的时期。国内互联网开始快速发展，数据中心进入了新的发展阶段。由于网络的普及和互联网的发展，信息传输变得越来越频繁，导致越来越多的数据和计算。此时，为了保证数据中心的安全和稳定，人们对precision 空调制系统的高可用性提出了更高的要求。在空调制系统的设计中，可用性、绿色节能和动态冷却已经成为主要的创新方向。

与空气冷却精度空调制冷却相比，水冷却精度空调制冷却开始较早，发展缓慢。

20世纪60年代，水冷被应用于大型计算机和高性能个人计算机。起初，数据中心的热负荷较低，空气冷却的成本也低于水冷却，所以当时更多的机房主要是空气冷却。后来，随着设备的不断增加和服务器密度的不断增加，人们发现空气冷却已经开始不能满足冷却需求。这时，水冷技术才能够充分发挥其优势，因为在热传导方面，水比空气体要有效得多。根据计算，当用于冷却时，水的效率是空气体的3500倍。

后来，IBM研究人员引入了直接冷却技术。这是水冷技术的新突破。在一个封闭的系统中，水被直接注入芯片的背板，然后吸收芯片热量的水被吸干。该系统使用多达50，000个喷嘴和复杂的树状回路结构系统。

大约10年前，人们发现水冷式管道通过机架直接连接到服务器，并与处理器散热器上的水冷式铜座一起工作。这种方法比以前有更好的散热效率。

后来，由于水冷却的低能耗和高效率，水冷却逐渐成为计算机房的主要冷却方式。

然而，无论是空冷还是水冷，人们总是对技术要求不满意。为了使数据中心更安全、更环保、更节能，并满足未来时代对高密度的需求，出现了一种新的制冷技术，即浸没式液体冷却技术，它将服务器直接浸没在绝缘液体中运行。

目前，国内外许多制造商已经开展了浸没式液体冷却技术的研究。例如，IBM公司在20世纪70年代开始研究浸没液体冷却，并拥有30多项机架式浸没液体冷却专利。美国GRC公司开发了一种高沸点单相浸没式烃类溶剂制冷系统。自2009年以来，3M公司一直倡导使用低沸点氟化液体的两相蒸发浸没冷却系统。日本使用3M公司开发的单相浸没式超级计算系统，这是一种高沸点氟化液体FC43。此外，我国一些企业也在研发相关的浸没式液冷技术，如曙光公司，该公司自2012年以来一直在探索和研究液冷服务器技术。

浸没式液体冷却技术受到许多制造商的青睐，主要是因为其卓越的性能。首先，液体的冷却能力是空气体的1000-3000倍；其次，液体冷却可以实现高密度、低噪音、低传热温差、自然冷却等优点。此外，浸没液体冷却的功率密度可超过100千瓦每柜体积，噪声小于50dB，PUE小于1.2。

目前，浸没式液体冷却服务器冷却技术的分类分为:

单相冷却:即利用高沸点液体的比热升温过程带走热量，称为单相浸没式冷却服务器或油(包括高沸点烃、硅油和氟化液体)冷服务器。

相变冷却:利用低沸点含氟液体或其他绝缘易蒸发液体的气化过程带走热量，称为相变冷却服务器或蒸发冷却服务器。

据了解，计算机房的浸没液体冷却技术目前主要用于高密度环境，如比特币采矿机和超级计算中心。

虽然浸没式液体冷却技术有很多优点，但目前还不能在现有的数据中心中广泛应用，因为如果采用浸没式液体冷却，原有的数据中心结构需要进行大幅度的改革，这对数据中心运营商来说成本不小。此外，许多低热负荷的小型数据中心房间可能不需要液体冷却，因为空气冷却对于小型数据中心房间是足够的，液体冷却的优势主要体现在大型或超大型数据中心。

然而，浸没液体冷却技术的前景仍然非常客观。近年来，国内数据中心建设如火如荼，数据中心正在向大型和超大型发展。液冷技术将充分发挥其技术优势。除了在数据中心的应用，液冷技术在未来还会有很多应用。例如，在日益热门的人工智能中，人工智能的发展得益于大数据或深入学习算法，以及计算能力的提高。近年来，人工智能的研究取得了重大突破。在硬件方面，GPU并行能力的提高释放了人工智能的一些新潜力。对于GPU本身来说，单个芯片的功耗可以达到300瓦以上，所以对于整个服务器来说，它的散热问题将是一个非常严重的问题需要解决，而全浸没式液体冷却技术正是解决这个问题的好办法。

此外，在前沿科学领域，如大气或洋流模拟研究，包括天体物理数据处理，包括宇宙演化模拟，全球气候变化模拟等。在这些研究过程中，有大量的数据运算、分析和处理，包括图像分析和处理，所以在科研领域，未来对芯片的性能要求会很高。全浸没液体冷却技术可以解决芯片的散热问题，提高芯片的性能。

科学技术是第一生产力。科学技术的发展促进了整个社会的发展，而机房冷却技术的发展将极大地促进数据中心的发展。浸没式液体冷却技术作为一种高效、节能、安全的冷却技术，必将成为未来越来越多数据中心的选择。

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