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液冷散热是如何进行分类的?详细介绍。

时间:2024-06-28 阅读量:58

  • 随着数据量的爆发式增长,大量的计算能力需要海量服务器来支撑,而受限于数据中心建设面积和环保规定,增加单机柜功率密度成为调和不断增长的算力需求和有限的数据中心承载能力的关键解决方案。根据Colocation America发布的数据,2020年全球数据中心单机柜平均功率将达到16.5kW,

     

    较之于2008年已经增长了175%。赛迪顾问预测,随着数据中心算力飞速提升,高功率单机柜将迅速普及,预计2025年,全球数据中心单机柜平均功率有望达到25kW。

     

    大量数据吞吐和运算使得作为人工智能、大数据等新兴技术“大脑”的数据中心面临着前所未有的能耗和散热挑战:一方面,服务器等IT设备的计算、存储的功耗非常庞大,另一方面,用于冷却数据中心IT设备的功耗也在迅速增长。根据赛迪顾问统计,2019年中国数据中心能耗中,约有43%是用于IT设备的散热,基本与45%的IT设备自身的能耗持平。可见减少散热的功耗来控制数据中心运营成本,减少能源消耗,从而建设绿色数据中心已势在必行。

     

    随着单机柜功率密度增大,传统风冷已经不能满足散热需求,液冷技术应运而生

     

     
     

    1.液冷散热是什么意思

     

    液冷散热是指使用液体取代空气作为冷媒,为发热电子元器件进行换热,带走热量的技术。点击了解液冷和水冷的区别与联系

     

    而液冷服务器是指将液体注入服务器,通过冷热交换带走服务器的散热的一种服务器。

     

    国内外液冷发展大事记

     

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    经历了实验室阶段和样机阶段,中国液冷发展与国外基本同步,并且在液冷的规模应用上积累了更为先进的经验。

     
     

    2.液冷散热是如何进行分类的?

     

    一般来说,行业将液冷分为直接冷却和间接冷却。目前直接冷却以浸没式液冷技术为主,浸没式又可分为相变和非相变2种。间接冷却以冷板式液冷技术为主。

     

    浸没式液冷

     

    将发热元件直接浸没在冷却液中,依靠液体的流动循环带走服务器等设备运行产生的热量。浸没式液冷是典型的直接接触型液冷。由于发热元件与冷却液直接接触,散热效率更高,噪音更低,可解决防高热谜底。

     

    浸没式液冷技术原理图

     

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    整个浸没式液冷系统可分为两部分:室内侧循环和室外侧循环。

     

    在室内侧循环过程中,冷却液在密闭腔体中与发热器件进行热交换,冷却液吸收发热器件热量升温,沸腾形成冷却液气体。冷却液气体在液冷换热模块(CDM)中与室外侧低温水进行热交换,经过冷凝和降温两个过程成为低温冷却液,重新输入到密闭腔体中,形成循环。相变浸没式液冷室内侧循环中热量转移主要是通过冷却液的相变实现的。

     

    在室外侧循环中,低温水在液冷换热模块中吸收气态冷却液携带的大量热量变为高温水,由循环水泵输入到室外冷却塔。在冷却塔中,高温水与大气进行热交换,释放热量,变成低温水再由室外侧进水泵输送进CDM中与气态冷却液进行热交换,完成室外侧循环。在室外侧循环中热量转移主要是通过水温的升降实现的。

     

    浸没式液冷可分为两相液冷和单相液冷,散热方式可以采用干冷器和冷却塔等形式。

     

    - 两相液冷

     

    冷却液在循环散热中发生相变。两相液冷传热效率更高,但控制相对复杂。相变过程中压力会发生变化,对容器要求高,使用过程中冷却液易受污染。

     

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    - 单相液冷

     

    冷却液在循环散热过程中始终维持液态,不发生相变,故要求冷却液的沸点较高,这样冷却液挥发流失控制相对简单,与IT设备的元器件兼容性比较好,但相比两相液冷,其效率较低。根据实际应用场景,可采用干冷器或冷却塔散热。

     

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    冷板式液冷

     

    将液冷冷板固定在服务器的主要发热器件上,依靠流经冷板的液体将热量带走达到散热目的。冷板液冷解决了服务器里发热量大的器件的散热,其他散热器件还得依靠风冷。所以采用冷板式液冷的服务器也称为气液双通道服务器。冷板的液体不接触被冷却器件,中间采用导热板传热,安全性高。

     

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    喷淋式液冷

     

    在机箱顶部储液和开孔,根据发热体位置和发热量大小不同,让冷却液对发热体进行喷淋,达到设备冷却的目的。喷淋的液体和被冷却器件直接接触,冷却效率高;但液体在喷淋的过程中遇到高温物体会有飘逸和蒸发现象,雾滴和气体沿机箱孔洞缝隙散发到机箱外面,造成机房环境清洁度下降或对其他设备造成影响。

     

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    3.常见的冷却液有哪些?

     

     

    液冷最直接,成本最低廉。水并非绝缘体,只能应用于间接接触型液冷。一旦发生泄漏,对服务器等IT设备的损害将非常致命。

     

    矿物油

     

    矿物油也是一种物美价廉的冷却液。单相矿物油无毒无味不易挥发。粘性较高,容易在设备表面形成残留。虽然燃点较高,但是在某些特定条件下还是有燃烧的可能。

     

    电子氟化液

     

    最大的特点是绝缘,且不燃。在数据中心液冷技术中是最安全的一种。目前应用最广泛。但是价格高昂。

     

    兰洋BO系列导热液

     

    兰洋科技BO系列导热液是一种无毒绝缘、高沸点、无腐蚀性的特制液体,将电子元器件浸泡在液体里与空气隔绝,不但避免了氧化反应,还能做到了洁净无尘,可以大大延长电子元器件的使用寿命。

     

    扩展阅读:浸没式液冷中冷却液关键问题

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    4.与传统风冷散热相比液冷散热的优势:

     

    散热效率更高:液冷技术可以更有效地降低设备的温度,提高设备的性能和寿命。液体的热传导性能比空气好,所以液冷可以更快地将设备产生的热量带走。

     

    噪音更低:相比风扇产生的噪音,液冷的噪音更低,可以提供更加安静的工作环境。

     

    设计更加灵活:液冷技术可以更加灵活地设计,可以将散热器和液体管路安装在不同的位置,从而更好地适应设备的设计要求。

     

    更加环保:液冷可以节约能源,减少对环境的影响。相比风扇产生的热量,液体可以更容易地被回收利用。

     

    液冷技术的缺点是成本较高,需要更高的维护成本和更复杂的设计。但是,随着电子设备的性能不断提高,散热问题也变得越来越突出,液冷技术将会成为未来电子设备散热的主流方式之一。

     

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    5.液冷技术的应用领域:

     

    液冷技术可以应用于各种需要散热的电子设备中,例如:

     

    高性能计算:高性能计算机需要处理大量的数据和复杂的计算任务,产生的热量非常大。液冷技术可以更有效地降低计算机的温度,提高计算机的性能和稳定性。

     

    数据中心:数据中心需要处理大量的数据和网络流量,产生的热量也非常大。液冷技术可以更有效地降低服务器的温度,提高服务器的性能和稳定性。

     

    人工智能:人工智能需要处理大量的数据和复杂的计算任务,产生的热量也非常大。液冷技术可以更有效地降低人工智能设备的温度,提高设备的性能和稳定性。

     

    游戏电脑:游戏电脑需要处理大量的图形和计算任务,产生的热量也非常大。液冷技术可以更有效地降低游戏电脑的温度,提高电脑的性能和稳定性。

     

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