适用于数据中心和边缘应用的 液冷技术

IT 设备技术的变化一直是基础设施中制冷解决方案研发的主要驱动力。尽管液冷已在大型主机和高性能计算（HPC）中部署多年，但当今对云、物联网、人工智能和边缘应用的需求再次引发 IT 技术的变化，这迫使人们重新审视液冷及新技术的研发。对数据中心能效和可持续性的关注日益增加，也使数据中心行业所面临的压力不断增加，要求其开发和采用液冷系统等高效的制冷基础设施。第 279 号白皮书《采用液冷技术的五大原因》描述了考虑这项技术的原因。数据中心所有者和设计人员经常对液冷的一些基本问题存在疑惑，比如：

• 为什么液冷在传热方面优于风冷？

• 液冷解决方案包括哪些类型？

• 每种液冷方法的优缺点是什么？

• 应该依据哪些标准在不同的液冷技术之间做出选择？

在本白皮书中，我们将解答上述问题，并提供如何选择适合您应用的液冷方法的相关指导。

风冷 vs. 液冷

IT 设备散热的主要方法是将气流流经设备机箱。对于常规的服务器，70%-80%的热量由 CPU 产生，其余热量则来自外围设备，例如内存、电源、机械硬盘、固态硬盘（SSD）等。随着图形处理器（GPU）的使用日益增加，IT 机箱内部产生的热量也在进一步增加。一块 GPU 芯片的功率可以超过 400 瓦，和英特尔最新一代的至强处理器这样的多核 CPU 的 400 瓦功率基本持平。

在同样单位体积下，液体吸收热量的能力更高。因此液冷技术能够更高效地散热，以及让芯片能够更高效地工作（例如，提升时钟频率）。此外，热量可以通过干冷器，或者通过冷却塔（在温度较高的环境中）散发到大气中。有时，热量可以转移到其他地方（例如区域供热）循环利用。

我们在附录中提供了水和空气之间传热能力的详细比较。

液冷对于数据中心应用来说并非新鲜事物。液冷的最初使用可以追溯到上世纪 60 年代，当时在 IBM 大型主机中用于解决固态设备的散热难题，这些固态设备包装紧凑且容许的工作温度较低。不过，在上世纪 90 年代初，随着互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的出现，取代了双极型半导体技术，功耗也随之降低。结果，气流对流冷却再次成为 IT 设备默认的制冷方式。

目前，气流对流冷却在数据中心中仍占主导地位，但是液冷在电竞游戏、区块链挖矿和高性能计算（HPC）应用等需要采用更高算力的特殊服务器的场合中，得到了更广泛的采用。液冷尚未在整个数据中心行业得到更广泛的采用，主要原因在于通过增加逻辑核心数量来保持合理的功率极限，已能够满足计算需求。此外，数据中心行业普遍较为保守，新技术和架构的普及缓慢。