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今年7月，工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》提出：“鼓勵應用高密度集成等高效IT設備、液冷等高效制冷系統(tǒng)、高壓直流等高效供配電系統(tǒng)、能效環(huán)境集成檢測等高效輔助系統(tǒng)技術產品”。

12月，發(fā)改委等四部門發(fā)布的《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》表示“鼓勵使用高效環(huán)保制冷技術降低能耗。支持數(shù)據(jù)中心采用新型機房精密空調、液冷、機柜式模塊化、余熱綜合利用等方式建設數(shù)據(jù)中心。

液冷是指使用液體作為冷媒，為發(fā)熱部件進行換熱，帶走熱量的技術?？捎美涿桨ㄋ?、礦物油、電子氟化液等。相較于空氣作為冷媒，液冷具有散熱效率更高，耗電量更低等優(yōu)勢，最早在航天、大型計算機等領域有應用。

20世紀后期至今，風冷憑借成本低、部署簡單等優(yōu)勢，逐漸成為數(shù)據(jù)中心普遍的冷卻方式。

然而隨著信息技術發(fā)展，受5G、工業(yè)互聯(lián)網、云計算、人工智能等應用的拉動，數(shù)據(jù)存儲、計算需求大幅提升，數(shù)據(jù)中心的服務器單機柜密度越來越高，風冷的散熱、能耗問題成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展瓶頸。液冷再度受到青睞，眾多企業(yè)展開液冷在數(shù)據(jù)中心應用的研發(fā)，形成多種部署方式和產品。

目前我國數(shù)據(jù)中心液冷有哪些部署方式，應用情況如何？本文帶你來看看。

冷板式液冷

冷板式液冷是一種間接冷卻方式。

在冷板式液冷系統(tǒng)中，液體不直接接觸發(fā)熱的器件如服務器，而是通過裝有液體的冷板導熱，然后通過液體循環(huán)帶走熱量。冷板通常采用導熱性良好的金屬如銅、鋁等制成，內盛液體。

整個冷板式液冷系統(tǒng)可以分為兩部分：室外側循環(huán)和室內側循環(huán)，其中室內側循環(huán)熱量轉移主要是通過冷卻液溫度的升降實現(xiàn)，室外側循環(huán)的熱量轉移主要通過水溫的升降實現(xiàn)。

典型產品與應用

在國內，中科曙光于2012年開始服務器液冷探索，是國內最早開始液冷技術研究的企業(yè)。


TC4600E-LP

2015年，國內首款標準化量產的冷板式液冷服務器——TC4600E-LP由曙光推出。該服務器是風冷和液冷混合散熱模式，液冷散熱比可提高至90%以上，采用集成管理模塊設計，在整箱刀片式液冷服務器中的CPU芯片和內存上安裝固定水冷板，冷媒通過進出口循環(huán)流動。

同年，中科院大氣物理研究所的“地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)”率先使用冷板式液冷服務器，大大提高散熱效率，也成為國內液冷服務器大規(guī)模使用的第一個公開案例。2017年，該系統(tǒng)上榜當年全球高性能計算機（HPC）TOP500榜單。

發(fā)展現(xiàn)狀

冷板式液冷技術，服務器等發(fā)熱期間不用直接接觸液體，所以不需要對數(shù)據(jù)中心機房設備進行重新改造，可操作性更強，因此是我國最早采用的液冷方式，成熟度較高，應用較廣泛。

目前，聯(lián)想、浪潮、新華三等IT基礎設施企業(yè)都推出了冷板式液冷的相關技術和產品，百度、騰訊、美團等互聯(lián)網企業(yè)也對冷板式液冷進行技術研究和試驗驗證，在冷板式液冷產業(yè)內形成了強勁的帶動作用。

浸沒式液冷

浸沒式液冷為直接冷卻，將發(fā)熱器件完全浸沒在冷卻液中，發(fā)熱器件與液體直接接觸，并進行熱交換。由于直接接觸，所以浸沒式的散熱效率較冷板式高，可支持更高功率密度的IT部署，提升能源使用效率。

按照熱交換過程中冷卻液是否存在相態(tài)變化，液冷可分為單相液冷和相變液冷兩類。前者的冷卻液在循環(huán)散熱過程中始終維持液態(tài)，后者冷卻液吸收熱量后沸騰形成氣體，冷凝降溫后重新變?yōu)橐簯B(tài)。

浸沒式液冷系統(tǒng)一般分為浸沒腔體子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、室外冷源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)四部分。

典型產品與應用情況

自2015年起，阿里巴巴對液冷技術和方案展開研究、探索，自主研發(fā)了浸沒式液冷服務器——服務器整體浸泡在絕緣、無腐蝕性的冷卻液中，可以把服務器中CPU、內存條、芯片組、擴展卡等電子器件在運行時所產生的熱量均通過冷熱交換帶走。由于箱體密封，可保護IT設備免于外界環(huán)境的影響，極大提高設備可靠性。


阿里云在IDCC大會現(xiàn)場展示的液冷模塊

2020年，全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心——阿里仁和數(shù)據(jù)中心投入運營。浸沒式液冷的使用大大降低了冷卻能耗，該數(shù)據(jù)中心PUE只有1.09，一年可以節(jié)省上千萬度電。

發(fā)展現(xiàn)狀

為了與浸沒式液冷系統(tǒng)兼容，數(shù)據(jù)中心的服務器、網絡設備、監(jiān)控乃至整體設計均需作出改變，成本較高，因此大規(guī)模應用尚屬少數(shù)。

目前，浪潮、網宿科技、英偉達、3M等企業(yè)也已在自身領域開展了浸沒式液冷研發(fā)，并推出相關產品。

阿里云除在自身數(shù)據(jù)中心對浸沒式液冷進行規(guī)?；渴鹜?，也已開啟對外商業(yè)化輸出的腳步。在剛剛結束的第十六屆中國IDC產業(yè)年度大典上，阿里云發(fā)布了阿里云磐久液冷系列產品，其中磐久液冷一體機Immersion DC，是可以在“全球任何氣象區(qū)域部署，并且實現(xiàn)PUE1.09左右的一體化解決方案”。

噴淋式液冷

噴淋式液冷顧名思義，是將冷卻液直接噴淋到發(fā)熱器件表面或與發(fā)熱器件接觸的擴展表面上，液體吸熱后排走，再與外部冷源進行熱交換。

噴淋式液冷系統(tǒng)包括噴淋式液冷機柜系統(tǒng)（含管路、布液系統(tǒng)、回液系統(tǒng)和PDU等部件）、液冷服務器、冷卻液三部分。

應用發(fā)展

噴淋式冷卻目前在數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模應用與實踐較少。


廣東合一自主研發(fā)的噴淋液冷系統(tǒng)

廣東合一自主研發(fā)了“芯片級精準噴淋液冷技術”，為“國家大數(shù)據(jù)試驗場”提供噴淋式液冷集裝箱式數(shù)據(jù)中心以及服務器噴淋液冷化整體解決方案，整個數(shù)據(jù)中心的能效指標PUE值在1.03-1.1之間。

中國長城于則去年推出了我國首臺國產化噴淋式液冷服務器。

當數(shù)據(jù)中心單機柜密度接近20KW時，風冷散熱逐漸接近極限。液冷技術既能支撐更高計算負載，還能提供更高效的散熱、更低能耗，同時受地域氣候的限制更小，無疑更適用于當前高功率、高密度數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢。

一項技術從研發(fā)、商用，到形成完整的上下游產業(yè)生態(tài)需要時間和過程，也需要極強的驅動力，后者往往來源于成本或政策。曾經的風冷是如此，液冷亦是如此。

如今，隨著更多企業(yè)參與液冷技術和產品研發(fā)，雙碳戰(zhàn)略及數(shù)據(jù)中心行業(yè)多項政策要求，無疑為數(shù)據(jù)中心應用液冷等綠色技術的腳步按下了快進鍵。

你的數(shù)據(jù)中心，更傾向使用哪類液冷技術？

原標題：泡澡、淋浴、冷氣片——數(shù)據(jù)中心三款液冷模式與應用一覽