Direct Liquid Cooling直接浸沒式液冷
來源: 今鴻化學   發布時間: 2018-05-16 11:47   15881 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
本文對該技術的發展、原理、應用以及特點進行簡單梳理。

浸沒式液冷,在電DIY還是主流的年代就已經被提出來,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,液冷技術已經有了大規模的應用。近兩年,中科院大氣所的“地球數值模擬裝置原型系統”、國家電網電力科學研究院仿真中心超級計算系統,分別部署了近千個節點的液冷服務器。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器。除此之外,阿里云,曙光等都有具體的研究及應用。還有分布各地的挖礦機不少也應用了這一技術。

 

早期的液冷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,而不需要擔心冷卻液揮發的問題。一般來說浸沒式冷卻系統需要設置專門的密封冷卻箱,服務器等設備可高密度放置于冷卻箱中,利用絕緣冷卻液浸沒服務器主要散熱部件,并配備有冷卻液內循環系統以加速熱量傳遞。設備運行時產生大量的熱,使得冷卻液部分從液態轉化為氣態,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,循環反復,從而使服務器冷卻系統恒定在某個溫度區間。

絕緣冷卻液相比于空氣,導熱率是空氣6倍,比熱容是空氣的1000倍。所以對相同體積的熱傳遞介質來說,液冷系統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℃)以及今鴻化學的DA304(沸點150℃)、DA301(沸點88℃)、DA308(沸點56℃),根據密封冷卻箱的結構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化的應用來說,浸沒式液冷面臨的最大問題就在于如何實現冷卻液的循環,包括倉內壓力變化與泄露問題的控制也在封閉環境中表現得更加困難。

只有CPU負載恒定不變時,才能夠保證密封系統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。服務器的負載總是要隨任務的變化而不斷變化,從而導致密封倉內的壓力時而正壓、時而負壓,進而導致出現泄漏的可能性。

于是出現了兩種封閉環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”是一個熱力學的概念,就是物質從一種“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,較傳統空調風冷節能85%以上。

設備簡單:無論服務器運行功率是2000kW還是300kW可兼容使用。

無噪聲:只有干冷器上風扇運轉聲音。 

無損耗:系統內循環。

節約空間:可實現服務器的高密度集成化,空間利用率提高三倍以上。

節約成本:機房選址不再苛刻挑剔,無需精密空調,配電和基礎設施規模小,從硬件投入到后期運營,在各方面節約成本。

目前高性能領域是液冷應用的主要方向,因為這部分應用對于性能有著不竭的需求,而液冷的出現一方面可以幫助系統實現更好的散熱、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,同時在穩定性上也更有保障。

液冷技術雖在國內還未普及,但技術已經相當成熟,在國外已經有很多企業將該技術應用到數據中心業務中。未來隨著技術的進一步成熟,液冷技術還將廣泛應用于高速列車供電逆變器、鋰電池動力汽車、風力發電機、核電、特高壓電網及軍工雷達系統的冷卻散熱,以及大量機房的集中冷卻散熱。