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直接浸沒式液冷-液冷技術(shù)的發(fā)展、原理、應(yīng)用以及特點

直接浸沒式液冷-液冷技術(shù)的發(fā)展、原理、應(yīng)用以及特點

直接浸沒式液冷-液冷技術(shù)的發(fā)展、原理、應(yīng)用以及特點
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直接浸沒式液冷-液冷技術(shù)的發(fā)展、原理、應(yīng)用以及特點

浸沒式液冷,在電腦DIY還是主流的年代就已經(jīng)被提出來,不過更多還停留在概念階段。直到天河二號和太湖之光超級計算機,液冷技術(shù)已經(jīng)有了大規(guī)模的應(yīng)用。近兩年,中科院大氣所的“地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)”、國家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院仿真中心超級計算系統(tǒng),分別部署了近千個節(jié)點的液冷服務(wù)器。包括前段時間刷屏的HPC亞洲第一大單的氣象局項目中也將部署液冷服務(wù)器。除此之外,阿里云,曙光等都有具體的研究及應(yīng)用。還有分布各地的挖礦機不少也應(yīng)用了這一技術(shù)。

早期的液冷就是泡在一個大池子里(池浸沒),更多的是一種象征性的概念,只考慮良好的散熱,而不需要擔(dān)心冷卻液揮發(fā)的問題。一般來說浸沒式冷卻系統(tǒng)需要設(shè)置專門的密封冷卻箱,服務(wù)器等設(shè)備可高密度放置于冷卻箱中,利用絕緣冷卻液浸沒服務(wù)器主要散熱部件,并配備有冷卻液內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)以加速熱量傳遞。設(shè)備運行時產(chǎn)生大量的熱,使得冷卻液部分從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),從而隨蒸汽帶走熱量,蒸汽在上方的冷凝器上冷凝變回液體回流到浸沒液中,循環(huán)反復(fù),從而使服務(wù)器冷卻系統(tǒng)恒定在某個溫度區(qū)間。

絕緣冷卻液相比于空氣,導(dǎo)熱率是空氣6倍,比熱容是空氣的1000倍。所以對相同體積的熱傳遞介質(zhì)來說,液冷系統(tǒng)冷卻液的傳遞熱量速度是空氣的6倍,儲熱能力是空氣的1000倍。 目前用得比較多的是3M公司的FC3283(沸點128℃)、FC40(沸點155℃)以及今鴻化學(xué)的DA304(沸點150℃)、DA301(沸點88℃)、DA308(沸點56℃),根據(jù)密封冷卻箱的結(jié)構(gòu)以及冷凝方式選用不同的絕緣冷卻液。 

對于標準化或者說商業(yè)化的應(yīng)用來說,浸沒式液冷面臨的最大問題就在于如何實現(xiàn)冷卻液的循環(huán),包括倉內(nèi)壓力變化與泄露問題的控制也在封閉環(huán)境中表現(xiàn)得更加困難。

只有CPU負載恒定不變時,才能夠保證密封系統(tǒng)的壓力不變進而保證零壓而消除泄漏問題,這當然是不可能的。服務(wù)器的負載總是要隨任務(wù)的變化而不斷變化,從而導(dǎo)致密封倉內(nèi)的壓力時而正壓、時而負壓,進而導(dǎo)致出現(xiàn)泄漏的可能性。

于是出現(xiàn)了兩種封閉環(huán)境下的浸沒式液冷散熱方式-有相變浸沒和無相變浸沒。“相變”是一個熱力學(xué)的概念,就是物質(zhì)從一種“相”到另一種“相”的改變。簡而言之就是在運行過程中液體是否會產(chǎn)生氣泡。

惰性絕緣冷卻液配合專用的密封冷卻箱,成就名副其實的綠色機房。

高效節(jié)能:高效快速傳熱,大幅度降低機房功耗。

PUE(電源使用效率)達到1.1以下,較傳統(tǒng)空調(diào)風(fēng)冷節(jié)能85%以上。

設(shè)備簡單:無論服務(wù)器運行功率是2000kW還是300kW可兼容使用。

無噪聲:只有干冷器上風(fēng)扇運轉(zhuǎn)聲音。 

無損耗:系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。

節(jié)約空間:可實現(xiàn)服務(wù)器的高密度集成化,空間利用率提高三倍以上。

節(jié)約成本:機房選址不再苛刻挑剔,無需精密空調(diào),配電和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模小,從硬件投入到后期運營,在各方面節(jié)約成本。

目前高性能領(lǐng)域是液冷應(yīng)用的主要方向,因為這部分應(yīng)用對于性能有著不竭的需求,而液冷的出現(xiàn)一方面可以幫助系統(tǒng)實現(xiàn)更好的散熱、保持更低的溫度,另一方面也能夠促進性能的進一步提升。在浸沒環(huán)境下,CPU可以超頻運行,這樣就能夠獲得更快的運行速度,同時在穩(wěn)定性上也更有保障。

液冷技術(shù)雖在國內(nèi)還未普及,但技術(shù)已經(jīng)相當成熟,在國外已經(jīng)有很多企業(yè)將該技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)中。未來隨著技術(shù)的進一步成熟,液冷技術(shù)還將廣泛應(yīng)用于高速列車供電逆變器、鋰電池動力汽車、風(fēng)力發(fā)電機、核電、特高壓電網(wǎng)及軍工雷達系統(tǒng)的冷卻散熱,以及大量機房的集中冷卻散熱。

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