缸式浸没液冷计算机靠《流浪地球2》火了，可你还不知道什么是液冷？

1月22日，中科曙光官微发布消息称，《流浪地球2》中，由曙光产品“扮演”的“未来航天中心计算机”，可实现全球复杂计算资源融合与调度，以满足数万座发动机协同运作，并支撑“数字生命”计划所需算力，而这台“未来科技”计算机，其实来源于曙光还未发布的“缸式”浸没液冷计算机，它不仅能让PUE（评价数据中心能源效率的指标）降至1.05，更可支持机架、刀片等多种形态的服务器内嵌，最大程度降低“液冷”技术的普及门槛。

电影中的“缸式”浸没液冷计算机引起了业内广泛关注，那么，什么是“液冷”技术，它有哪些优势？本文将围绕这些问题进行相关介绍。

液冷的分类

顾名思义，液冷指的是使用流动液体将计算机内部元器件产生的热量传递到计算机外，以保证计算机工作在安全温度范围内的一种冷却方法。

根据液体冷却媒介和发热源的接触方式，液冷技术可分为冷板式（间接接触）、喷淋式（直接接触）、浸没式（直接接触）三种方式。

1、冷板式液冷

利用工作流体作为中间热量传输的媒介，将热量由热区传递到远处再进行冷却。在该技术中，工作液体与被冷却对象分离，工作液体不与电子器件直接接触，而是通过液冷板等高效热传导部件将被冷却对象的热量传递到冷媒中，因此冷板式液冷技术又称为间接液冷技术。该技术将冷却剂直接导向热源，同时由于液体比空气的比热大，散热速度远远大于空气，因此制冷效率远高于风冷散热，每单位体积所传输的热量即散热效率高达1000倍，可有效解决高密度服务器的散热问题，降低冷却系统能耗及声噪。

冷板服务器方案系统原理图

2、喷淋式液冷

精准喷淋液冷系统包括三项主要组成部分：喷淋液冷服务器、喷淋液冷机柜和冷却液冷却单元（简称液冷CDU）。工作时，低温冷却液进入服务器精准喷淋芯片和主板的发热单元，带走热量后的高温冷却液返回冷却单元重新冷却为低温冷却液后再次进入服务器进行喷淋。

该技术方案主要特点是：1、液体工质直接喷淋于发热电子器件，使液体与电子器件直接接触；2、利用液体比热容与密度的优势大幅提高散热效率；3、冷却液全程无相变（物质从一种相转变为另一种相的过程，物质有固相、液相、气相），如此单相循环。

3、浸没式冷却

浸没式冷却是指将整个服务器浸没在装有非导电液体的储罐中。当服务器释放热量时,周围液体的温度升高,同时液面也会上升,而冷液则从底部泵入储罐。接着,较热的液体被泵出储罐,在外部进行冷却。浸没式冷却是一个闭环,因此它不仅不需要风扇,而且实践已经证明它可以非常有效地移除CPU和GPU产生的热量。

浸没式液冷系统原理图

浸没式冷却方案还有一个额外的优势,那便是可以提高硬件的寿命和可靠性,因为硬件不用暴露在氧气及其他腐蚀性材料中。阿里巴巴2018年开展的一项研究表明,对于在高海拔地区运行的服务器和数据中心来说,浸没式冷却的优势尤为显著。因为高海拔地区空气密度发生变化,空气冷却的效率往往有所降低。事实上,相较于所有其他冷却类型,浸没式冷却在高海拔地区的成功率最高。

然而,这并非意味着浸没式冷却是最佳解决方案。实施浸没式冷却的最大挑战是服务器和数据中心的长久以来的设计:目前的标准数据中心都是针对立式机柜而非立式储罐而建造。浸没式冷却储罐要求安装悬挂式升降机,以便将服务器从储罐中垂直吊取出来,但这样会导致成本高昂,一些数据中心根本不具备这样的条件。

此外,由于浸没式冷却储罐装满了非导电液体,因此维修浸没其中的服务器可能会相对费力。在技术人员对服务器进行操作之前,需要先将服务器从储罐中吊取出来,并清除掉所有液体。因此,大多数专家建议聘用浸没式冷却团队,以协助企业实施浸没式冷却方案。虽然这需要一定程度的资金投入,但其结果可以显著降低数据中心的总体功耗和成本。

液冷的必要性

在“算力”正在重塑产业格局的机遇面前，数据中心已然是无法拒绝的刚需。同时，在“碳达峰与碳中和”的时代背景下，低PUE的“绿色计算”已经是不争的趋势。淘汰掉高耗能的组件，升级算力高、空间节省、碳排放低的新组件，已经是很多数据中心无法规避的现实问题。

传统的散热方案以风冷为主，即将空气作为冷媒，把服务器主板、CPU等散发出的热量传递给散热器模块，再利用风扇或空调制冷等方式将热量吹走。

但由于数据中心的计算能力由芯片决定，随着整个服务器主流芯片的功耗不断增长，如果继续采用风冷技术，散热需求将难以为继。能够看出，传统的风冷已无法满足数据中心散热的及时性要求，而更具优势的液冷作为能够解决这些问题的新一代数据中心的制冷方式自然受到了广泛关注。

与风冷相比，液冷的优势主要体现在五个方面：

第一，可有效提升服务器的使用效率和稳定性

液体传导热能效果比空气好，温度传递效果更快、更优，能够实现IT设备高效制冷。同时，由于液体的比热容大，在吸收大量热量后自身温度不会产生明显的变化，故而能够稳定CPU温度。即使服务器遇到突发操作，运行功率激增也不会引起CPU内部温度大幅升高，保障CPU在一定范围内进行超频工作不会出现过热故障。

第二，有助于实现数据中心节能、降噪

液冷数据中心与传统风冷数据中心相比，去掉了空调系统以及对应的风冷基础设施，增加了循环泵，能够节约建设成本。其次，与风冷系统相比，液冷数据中心能节省约30%的能源，有效降低能源消耗比，可实现PUE接近于1，满足绿色数据中心的要求。最后，在相同散热条件下，液冷系统所使用的泵和冷却液系统与传统的空调系统相比噪声更小，可达到“静音机房”的效果。

第三，有助于提高数据中心单位空间的服务器密度，大幅提升数据中心的运算效率

液冷数据中心虽然增加了泵和冷却液系统，但是省去了空调系统和相应基础设施的建设，节省了大量空间，可以容纳更多的服务器。同时，液冷技术冷却能力优良，足以应对高功率密度数据中心的冷却工作，因此液冷数据中心可以配置高密度的服务器，从而得到更高的运算效率。

第四，液体冷却服务器能够无视海拔和地域等环境影响

海拔高的地区，空气介质冷却效应会降低，散热能力下降。故对于风冷数据中心而言，空调系统的温度会调得更低，会造成更多能量损耗。相比空气而言，液体比热容不受海拔与气压的影响，故高海拔地区液冷数据中心的散热效率与低海拔地区相比无差距，还可保持较高的散热效率，保证数据中心在高海拔地区的运行效率和性能。

第五，液冷数据中心余热可以创造经济价值

液冷数据中心热量是以液体为载体，可直接通过热交换接入楼宇采暖系统和供水系统，满足附近居民的供暖、温水供应等需求。不仅节省了能源，也为数据中心创造了附加价值。

虽然液冷技术优势很多，但仍存在一些发展不全面的地方，例如改建成本过高、系统存在腐蚀风险以及缺乏相应的标准支持，国家或者行业对其技术的规范还处于空缺状态。因此企业在选择冷却方式的时候仍要进行更全面的考虑，应该根据自己的需求，去匹配最合适的冷却方案。

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资料来源：

https://www.ithome.com/0/669/191.htm

https://www.elecfans.com/d/1852410.html

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