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【IDCC2017】3M蓝滨:液冷,数据中心制冷“终结者”!

近几年,的能耗问题受到越来越多的关注,并且已经成为制约数据中心行业可持续发展的重要因素。政府相继出台多项政策,要求提高新建数据中心的节能水平。制冷占传统数据中心能耗相当大的部分,随着数据中心性能要求不断提升, IT设施的发热密度相应逐步增加,对冷却技术的节能增效刻不容缓。相对传统风冷方式,液体冷却传热能力更强,以致液体冷却特别是以水为代表的液冷方案正得到越来越广泛的应用。

3M公司成立于1902年,业务遍及全球200多个国家,向客户提供多元化及高品质的产品及服务。从2014年至今,协助开发使用其FC43氟化液产品的单相浸没超算系统,在Green500屡次排名第一。

第十二届中国 IDC产业年度大典即将开幕,中国IDC圈有幸邀请到3M应用工程专家蓝滨来参与百家访谈活动,为我们解析液冷技术及其发展应用。

液冷技术的解析

液冷,顾名思义,是用液体物质为主要传热媒介的制冷方案。目前常见的使用场景,有水冷机组和机柜内风冷配合的部分液冷方式,和完全由液体将热量从发热器件带至外界环境的全部液冷方式。

液冷的介质包括水、水基溶液(比如水加乙二醇)和其他有机溶液类的液体物质。“如果考虑液体本身及溶解其他杂质后的导电性,可以分为含水溶剂等导电或潜在导电性液体,以及氟化液、碳氢溶剂等绝缘性液体。”蓝滨告诉记者,“从理论上讲,液体越靠近热源,其除热效率也就越高,因此在一些高性能高密度计算应用中,水冷的换热位置从原来的机柜外逐步进入机柜,甚至通过水冷板直接与芯片贴合,以此提升整个散热系统的效率。”

6月29日,OVH公司位于巴黎的P19数据中心内的3号机房中,由于水冷系统的塑料软管发生破裂,因而导致冷却液泄漏至服务器系统之内。对此,蓝滨表示,“按一般常识,水本身也属于绝缘性物质,但它同时也是非常好的离子溶剂。如果在关键部位的水冷系统一旦发生泄漏,冷却水会溶解机柜内灰尘或其他杂质,有很大的可能引起局部腐蚀,甚至导致关键器件短路而立刻停止工作,这是对可靠性要求很高的数据中心无法接受的。如果简单的将水改为绝缘性有机液体,传热性能又会大幅度下降。只有将发热器件浸入绝缘液体中运行的浸没式冷却方式,才能兼顾液体冷却的高效性和安全性。”

浸没式液冷技术的发展

近年来,随着计算性能和能效要求的提高,浸没技术开始得到越来越多的关注和开发。回顾过去五年世界超级计算机能效榜Green500,浸没冷却方案都有着优异的表现。而2017年11月的排名显示,包括第一名Shoubu B的前五名有四套是采用浸没冷却方式的系统。蓝滨告诉记者,其实在20世纪70年代已经有人开始浸没技术在计算机的研究,早在1990年Cray就将其应用在其早期的超级计算机中。“当时随着风冷技术的逐步成熟和芯片功率要求的降低,这个技术没有得到大范围的推广。”

蓝滨解释,“从机理上讲,浸没式液冷适用于所有中低压功率器件的散热,包括计算机服务器等IT设施。”实际情况是,因浸没液体需要一个盛载的容器,在设计上会和现有机壳机架的形式有较大的区别,这就决定了它需要一定的前期开发工程;一些定制化器件不可避免的需要一定额外的投入;相应规范标准也有待完善;对一般行业用户来说,相关实例的信息参考较少,尤其对液体等所涉及的化学知识更加缺乏,这些问题的存在,无一不表明:浸没式液冷需要一个认知改变、熟悉新技术新操作的过程。

绿色数据中心的“使能者”

浸没冷却作为一个革命性的创新技术,?无论是可选用的绝缘液体,还是相关的配套技术,都在其他行业有着多年的应用历史。“将其借鉴到相对陌生的IT设备冷却应用中来,浸没冷却系统与传统服务器及数据中心无论在设计,?使用习惯和运维方式方面都有很大的改变”蓝滨说道。

与传统冷却方式相比,在浸没冷却应用中, 热量完全由液体从发热源传递出去,因与发热源直接接触,液体的流向更容易控制,其效率远高于风冷,单位体积可以支持的计算密度也更高。另一方面,相比自然风冷对环境温度、湿度和空气腐蚀性的苛刻要求,浸没技术对外界环境的要求非常宽泛,可部署的弹性非常大。同时浸没系统可重复使用的特性也节省了系统升级中制冷方案的重新设计,缩短了系统布置时间。蓝滨表示,“这项技术完全适应未来绿色数据中心所期望的低PUE值,高使用性能和较少占地空间的趋势。”

液冷技术将从什么时候开始普及?将会普及到什么程度?这些最终取决于客户的需求。他认为,在数据中心行业,当液冷发展为成熟可供选择的应用技术后,将大大提高冷却的能效,降低额外的散热损耗,而且可以允许硬件的开发者设计计算密集程度更高,发热密度更大的器件组合。与此同时,技术的大规模推广也会带来定制部分成本的下降,促使更多的厂商开发专属浸没应用的器件,促进整个生态链的健康发展。

“目前来看,这项技术更适合应用在计算密度高,发热量大,对能效的提高追求至极限的应用中。”

 

 

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