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数据中心液冷技术阐述
来源:未知 发布时间:2023-01-13 09:31 点击:

 按照冷却液与发热器件的接触方式,行业将液冷技术分为“间接接触型”和“直接接触型”两大类。


  1、间接接触型液冷技术


    冷板式液冷是最典型的间接接触型液冷技术。冷板式液冷系统中,服务器芯片等发热器件不直接接触冷却液,而是通过装配在需要冷却的电子元器件上的冷板(通常是铜、铝等高导热金属构成的封闭腔体)将热量间接传导给封闭在循环管路中的冷却液体,通过冷却液体将热量带走的一种散热方式。


    冷板式液冷数据中心散热系统架构由室外(一次侧)和室内(二次侧)两部分组成,室外冷却塔中的冷却液通过室内冷却液体流量分配单元(CDU)提供冷却液循环动力,经冷却液体流量分配单元(CDU)二次侧输出并与服务器中CPU、GPU、内存等发热量大的电子元器件导热冷板直接进行热交换,形成的热液经冷却液体流量分配单元(CDU)输出到室外冷却塔进行冷却后再循环。而服务器中的硬盘、电源等其他发热量相对小一些的器件或单元还是得需要通过传统风冷方式散热。


  2、直接接触型液冷技术


    直接接触型液冷技术是将发热部件直接浸没在不导电的冷却液体中,利用冷却液体蒸发(相变)和液体的循环流动带走热量的一种散热方式。


    浸没式液冷是最典型的直接接触型液冷技术,顾名思义就是将服务器浸没在特殊设计(或定制化设计)的箱体TANK中。浸没式液冷由于发热部件与冷却液体直接接触,相比冷板式液冷技术,浸没式液冷散热效率更高,噪音更低(完全没有风扇),更加节能。


    而根据冷却液体是否存在相态改变,浸没式液冷还可以进一步分为“浸没式单相液冷”和“浸没式相变液冷”两种。


    浸没式单相液冷。在浸没式单相液冷中,冷却液始终保持液体状态,发热部件直接浸没在冷却液中,热量从发热部件直接传导到冷却液中,循环泵将吸收了热量的冷却液(热液)导入热交换单元,在热交换单元中冷却后再循环回到箱体中为发热部件散热,冷却液在循环散热过程中始终维持液态,不发生相变。


    浸没式单相液冷技术要求冷却液的沸点较高,以确保冷却液(一般为矿物油、合成油、天然油等氟碳化合物和碳氢化合物)在循环散热过程中始终保持液态,冷却液挥发流失控制相对简单,与IT设备的电气兼容性较好,且不需要频繁补充冷却液,还可以比较方便地卸载或更换服务器组件,提高了系统的可维护性。目前市面上商用的浸没式液冷应用案例大部分是采用浸没式单相液冷系统。


    浸没式相变液冷。浸没式相变液冷的冷却液在循环散热过程中,不断经历从液态到气态,再从气态回到液态的相变。IT设备完全浸没在充满低沸点冷却液的密闭箱体中,冷却液受热沸腾变为蒸汽,蒸汽上升遇到机箱上部冷凝器而冷凝变为液体,继续回到箱体内部冷却循环。冷凝器外接冷源进行换热,将热量传递到外界散热并反复循环。通过冷却液在机箱内循环和冷凝器内乙二醇水溶液的外循环(双循环系统)实现高效散热,确保服务器运行稳定。


    由于冷却液在循环散热过程中发生了相变,相变液冷传热效率更高,并且无需泵机驱动冷却液体循环,因此浸没式相变液冷相比冷板式液冷和浸没式单相液冷,具有更优的传热效果,可以满足高发热元器件对散热的极端要求,使得服务器可以保持满功率运行,是液冷中最节能、最高效的制冷模式。但是,由于冷却液蒸发为气态过程中会发生蒸汽外溢流失,浸没式相变液冷对于冷却液挥发流失控制更为复杂,所以对服务器箱体的密封性以及箱体的压力有一定的要求,同时还必须考虑相变过程的气压变化,以及系统维护时可能造成维护人员吸入气体的健康风险。另外,冷却液本身易受到污染,需要预处理和污染控制以确保系统的正常运行;浸没式液冷对于服务器板件的维护操作有所改变等。这些都是浸没式相变液冷技术成熟和商用化进程需要面对的挑战。



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