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数据中心能耗都居高不下。尤其是我国数据中心行业发展比较晚,建设标准相对滞后,数据中心PUE值普遍在2.2～3.0之间。高能耗不仅给企业带来沉重负担,也给社会能源造成巨大浪费。
随着云计算和大数据技术的蓬勃发展,实际业务对底层基础设施的性能要求越来越高。性能的提高直接导致服务器功耗的不断增加,特别是作为服务器关键部件的CPU,随着性能提升功耗增加非常显著。在单机柜服务器数量不变的情况下,整柜的功耗几乎翻番,可以预见,这会给机房的散热带来多么大的挑战。
万物互联时代的来临会继续激发移动产品和其产生的数据总量持续高速增长,数据中心必须向高密度配置服务器迈进。为了应对这样的变化,冷却技术也需要随之革新。2013年,工业和信息化部发布《关于数据中心建设布局的指导意见》指出,国内的大型数据中心也开始往气候适宜、能源充足的地区建设,例如内蒙古、山西北部等,这些迁移确实给数据中心的节能带来了收益,但还是无法从根本上满足服务器大功耗高密度部署带来的散热需求。
1 液冷系统的优势
虽然大家都认可液冷的实用性,也有较好的实践成果,但由于在较低热度负荷时风冷的成本很低,且安装部署更为简单,所以IT产业多年来大规模使用的是风冷散热系统。随着时间的推移和技术的进步,计算机芯片的密度越来越高,所要处理的计算工作也越来越复杂,热度负荷节节攀升,液冷技术逐渐被产业界拉出来“救火”。在液冷越来越频繁地出现在数据中心时,它相较于风冷散热的优势也逐渐显现。
①比热容大,散热效率高效
液冷是指使用液体作为热量传输的媒介降低数据中心温度,液体可以直接导向热源带走热量,不需要像风冷一样间接通过空气制冷。液冷将大部分热量通过循环介质带走,单台服务器需求风量降低,机房整体送风需求也随之降低,大大减少机房回流导致的局部热点。液冷有效抑制了CPU等元件内部温度的瞬间提升,因此可以在一定程度上允许CPU超频工作，增大部署密集，提高集成度。此外，液体的比热容远远高于气体，可以吸收大量的热而保持温度变化不大，散热效率得到极大提升。
②降低能耗,减少支出成本
采用液冷技术后,风扇、空调等不间断耗电的风冷方式可以被全部或部分取代,能耗迅速降低。以市面上某款液冷服务器为例,在CPU芯片和内存上安装了固定水冷板以解决服务器核心部件散热问题。与风冷相比,该服务器CPU满载工作时的核温降低了20℃,整机能耗降低了5%。
③节能环保,降低噪音指标
电力在数据中心的能源消耗只有小部分是供给IT负荷,绝大部分都来自散热负荷,散热能耗远高于IT设备能耗本身。通过液冷系统削减散热系统的消耗,可以大大降低整个数据中心的能源消耗,极大优化PUE。此外,由于液冷系统的泵等元件比风扇的声音更小,整个液冷系统的噪音比风冷系统大幅降低,基本可达到“静音机房”的效果。
2 液体冷却方式
数据通信设备的液体冷却系统的冷却子系统可以认为是一种液体回路,其中冷却液体与要冷却的部件做热交换。有些情况下,冷却系统的水由机架由CDU提供,也可以由服务多个机架的外部CDU提供。
有关数据中心内潜在的液体冷却系统和回路以及使用的术语的详细信息参见图1。目前来看液冷主要有冷板、浸没和喷淋三种技术路线。
