因为专业

所以领先

客服热线
136-9170-9838
[→] 立即咨询
关闭 [x]
行业动态 行业动态
行业动态
了解行业动态和技术应用

服务器液冷技术的三种形式介绍与浸没式液冷技术的优势

合明科技 👁 2693 Tags:冷板式液冷浸没式液冷喷淋式液冷

一、根据目前技术进程的研究成果及冷却原理,将液冷技术分为冷板、浸没和喷淋3种主要形式。


1 冷板式液冷


冷板式液冷系统是在常规风冷服务器基础上,将 CPU 等高密度散热元件一侧紧贴板式换热器,元件热量通过热传导至板内绝缘介质或可相变的热管的系统。冷板式液冷方案中冷却液不与发热设备直接接触,该种技术可实现对 CPU 和内存等部件进行精确制冷。值得注意的是,冷板式液冷系统不是纯粹的液冷,而是通过冷板进行热传导,系统中的低热流密度元件仍采用风冷散热方式。

冷板式液冷系统在设计时主要分为2种类型,一 类是在机柜外部部署冷却液分配单元(CDU),另一类是无冷却 液分配单元形式。数据中心最常见的液体冷却实施形式是使用 CDU 将设施冷却系统与机柜冷却系统分开安装处理。由于液体的高比热,相较于传统风冷散热模式,冷板式散热效率有了很大提升。实际的数据中心制冷方式中,一 般将冷板式液冷与风冷系统结合来进行制冷,既可以有效减少总体拥有成本,也显著提高了数据中心的能源利用效率。冷板式液冷系统的安装维护与常规风冷系统基本一致,所以该种液冷技术的运维难度基本与传统空调一致。因 此,冷板式液冷系统是目前使用最为广泛的液冷系统。


2 浸没式液冷


浸没式液冷系统是指冷却液与电子发热设备直接接 触,将IT设备直接浸没在绝缘冷却液中,依靠冷却液带走 发热元件产生的热量,然后通过水循环将热量传递到室外 散热装置。根据冷却液是否发生相变,浸没式液冷分为单 相浸没式液冷和相变浸没式液冷。单相浸没式液冷系统设计简单,冷却液容纳更易实现,材料兼容性更强,流体中污染物顾虑更少,其系统原理如图2所示。

image.png

两相浸没式液冷系统指IT设备产生的热量直接有效地传递给绝缘冷却液,依靠冷却液的沸腾/凝结相变过程及流动循环将处理器等设备运行产生的热量带走,其原理如图3所示。

image.png


相较冷板式液冷系统,浸没式液冷具有更低的对流热阻和传热系数;与此同时,相较于冷板进行热传导,与散热件直接接触的冷却液具有更高的热导率和比热容,运行温度变化率更小,制冷效率更高。浸没式液冷系统无风冷散热系统特点,使得整体耗电降低10%以上,时效性更加突出。该液冷技术适用于对热流密度、绿色节能需求较高的大型数据中心、超级计算、工业及其他计算领域和科研机构,特别是应用于地理环境或安装空间苛刻的数据中心具有明显的优势。


3 喷淋式液冷


与浸没式液冷系统相同,喷淋式液冷的冷却液与散热设备直接接触,喷管将冷却液喷淋到发热元件,冷却液将热量吸收后再排出系统,排出的废热由换器热与外部环境直 接或间接进行换热,最终将来自散热元件的热量排走。喷淋液冷系统具有器件集成度高、散热效率强、高效节能和静音等特点,是解决大功耗数据中心散热问题的有效手段之一。但喷淋式液冷系统中存在喷淋板流量不均匀问题, 因此喷淋装置对流体力学计算要求较高,无法应对实际发热过程中随处理器运行效率的变化发热量也不断变化的制冷需求。

二、浸没式液冷技术的优势


作为助推下一代大数据中心全新发展的引擎,浸没式液冷技术的优势主要体现在以下几个方面:


1)更高的能源利用率
浸没式液冷使用冷却液作为热传输媒介,液体具有更高的导热率和比热容,因此可以更快地传导以及更有效地吸收热量。同时,因为减少了风扇和空调的使用,采用浸没式液冷技术的数据中心具有更低的PUE。根据Uptime Institute的调查数据,2021年全球大型数据中心平均PUE为1.57,其中采用传统风冷技术的数据中心PUE一般在1.8左右,而采用液冷技术的数据中心,无论项目的规模大小、所处的维度及气候区,几乎都可以将PUE控制在1.1以内。
2)更高的功率密度
浸没式液冷可以大幅提高数据中心单位空间的服务器密度,从而更好地支持高密度计算。传统数据中心采用空气冷却系统,可冷却的机架功率密度通常为10kW、15kW,而浸没式液冷可以将单机架功率提升到100kW甚至200kW以上,因此完全可以满足高密度计算场景对散热的需求。


image.pngv

3)更高的设备可靠性


美国空军航空电子整体研究项目(US Air Force Avionics Integrity Program)认为,温度、振动、湿度和粉尘是造成电子设备故障的主要因素。
浸没式液冷可使IT设备始终工作在适宜的温度,浸没环境有效避免了湿度(空气中的水会造成元器件的锈蚀,而冷却液可以保护设备)、灰尘等对设备的不良影响。此外,因服务器和机房不再需要风扇,从而有效解决了噪音和振动问题。
4)更高的空间利用率
浸没式液冷优异的散热性能使服务器可以紧密排列,无需隔开距离,同时无需配置风扇,机房内也不需要空调和冷冻机组,无需安装冷热通道封闭设施,更不需要架空地板,因此浸没式液冷比传统冷却方案具有更高的空间利用率。
5)更节省用水
一项关于数据中心用水量的研究指出,全美数据中心每天的用水量高达17亿升,而这其中55%为可饮用水。巨大的用水量不仅增加了运营成本,在对水资源使用量有限制的地区还将面临监管压力。传统的空气冷却技术通常需要使用大量的水进行蒸发降温。浸没式液冷技术的冷却液可以在较高温度下工作(可达45℃),即使在较热的气候条件下,仍可有效利用自然冷却,减少了对主动排热设备的需求,因此更节水。




[图标] 联系我们
[↑]
申请
[x]
*
*
标有 * 的为必填