浅谈液冷技术在数据中心高密服务器的作用研究（浅谈液冷技术在数据中心高密服务器的作用）

目前数据中心高密度服务器的液冷解决方案主要分为两大类，间接液冷技术和直接液冷技术。这种分类主要基于液体冷却解决方案的室内端形式。

间接液冷技术是指服务器热源与液态制冷剂不直接接触的热交换过程，主要分为冷板式和热管式。其中，冷板型分为单相冷板型和相变冷板型根据制冷剂在热交换过程中是否发生变化，热管类型分为两级热管式和热管水冷式根据冷凝端的散热形式。目前，单相冷板液冷方案应用最为广泛。

图1两级热管液冷服务器原理示意图

图2热管水冷式液冷服务器原理示意图

拿华为 Fusionserver液冷服务器产品为例，采用单相液冷板式制冷方案，单个机柜功率密度可达45kW/机架。冷却液为去离子水的BTA抑制剂，最高进水温度达到45，达到DLC标准的W4液冷级别。以北京气候为例(全年最高极端湿球温度为31.5)，全年都可以通过冷却塔自然降温，机房PUE理论上可以降到1.1。此外，由于制冷系统被简化，制冷系统的MTBF被提高。

就目前单相液冷板技术的应用案例来看，还存在以下问题：

液冷板的结构设计与服务器耦合关系高，通用性低，增加了产品成本；目前处理器上的水冷头虽然加入了微通道和射流技术，但是进一步提高单位面积的传热能力，难度较大。目前联想液冷板可以支持270W CPU；液冷板对循环冷却介质的要求很高，如冷却介质的PH值、清洁度、钙镁离子浓度等。这些参数将影响液冷板的热交换能力、腐蚀和循环阻力。快接接头的局部电阻较大，需要进一步优化。

直接液冷技术是指冷却液与电子元器件直接接触的热交换过程，分为喷淋式、喷淋式和浸没式三种。喷射是指将冷却液加压，然后从喷嘴喷出，雾化成粒径很小的液滴，喷在电子元器件表面进行沸腾换热，热量被带走。喷淋式是利用高速强制对流传热来增强传热密度的特点，其原理类似于喷淋式。浸没是指将电子元器件浸入冷却液中进行热交换，根据热交换过程中是否发生相变可分为单相浸没和相变浸没。在目前的市场上，浸没液体冷却有小规模的商业应用。

阿里天妃麒麟液冷服务器一代产品已经走出实验室，在张北数据机房小规模应用。液冷方案以实现单个机柜功率密度100 kw/机架为目标，采用3M公司FC-72氟化液，沸点56，属于相变浸没冷却范畴。油箱有一个内置冷却液盘管。气态含氟液体与电子元器件一起沸腾汽化后，在冷却液盘管壁上冷凝成液体，实现热量从电子元器件向冷却液的传递。冷却液在CDU与外部循环冷却水进行热交换后，最终通过室外冷却塔散发到环境中。目前冷却液入口温度为30，后续优化产品中可以进一步提高入口温度，达到全年自然冷却的目的。

的液体冷却方案示意图

容器的气密性设计。由于含氟液体与容器内电子元件之间的热交换强度取决于电子元件的负载率，当负载率波动较大时，单位时间内蒸发的含氟液体的波动变大，从而导致容器内的压力波动。维修过程中氟化液体泄漏的问题。由于是相变浸没式换热，当需要更换或维修容器内的一些IT设备时，由于其他设备业务仍在运行，在插拔IT设备的过程中会有大量的含氟液体逸出。就FC-72而言，含氟液体属于温室气体，其结构非常稳定，这意味着逸出的含氟液体会长期存在于大气环境中，难以分解。电子氟化液成本高。目前生产液冷氟化液适用于浸没的厂家很少，主要集中在3M公司、壳牌等跨国企业，短期内难以降低成本。