液冷的前生和今世
1 、液冷技术历史
数据中心的液冷技术，是指使用流动液体将计算机内部元器件产生的热量传递到计算机外，以保证计算机工作在安全温度范围内的一种冷却方法。这种技术主要是针对高热流密度的场景，提供的一种节能先进的冷却方法。
液冷技术并不是首先在数据中心行业开展起来的，其最初的应用可以认为是机械加工行业的冷却润滑液，后期又被应用于电力变压器冷却，即使在目前，变压器冷却仍然有很多采用液冷，其冷却液也多样化。另外，航空航天领域以及电子制程中的高热流密度冷却场景也常常用到这种技术。数据中心的液冷技术是液冷技术的应用发展，与电子技术的芯片冷却方案是相关，即高热流密度的冷却解决方案。
热流密度，也称为热通量，是指单位时间通过单位面积的热能，是具有方向性的矢量，其在国际单位制中的单位为W/㎡，即瓦特每平方米）。在热流密度高的场景下，如何带走大量的热，是需要考虑各种限制条件，进行具体设计的。
液体的比热远远大于空气，有利于提高传热效率，降低传热耗能。基于这个特点，采用液冷进行冷却服务器内部的高热流密度芯片，是可以更加节能高效的。
2 、服务器芯片产品的功率趋势
图示了英特尔与英伟达的产品功耗的趋势，该资料显示了从2009年到2019年的数据。从此图可以得出，无论是CPU还是GPU，处理器的功耗在10年内翻了一番以上；而从散热面积上看，芯片本身的面积并未有明显增加；这就直接导致了热流密度的急剧增加。
对于英特尔，在最新的芯片产品中，提供了两种芯片冷却方式，即风冷形式和液冷形式；这种配置对于服务器厂家的冷却方式选择，可以更加灵活，也更能支持服务器设备小型化，高功率配置。
从芯片的应用来看，目前图形处理等等技术日新月异，对于大功率处理器的需求也增长迅速；这也直接导致了数据中心部署大量的高功率机柜，为各种算力需求提供基础条件。
对于大型数据中心，高功率机柜更加凸显节能的重要性，采用液冷解决方案可以直接为数据中心业主降低PUE，节约大量的电费。采用液冷技术，同时配合其他节能措施，数据中心的设计PUE可以达到1.1~1.35区间范围。
3、 数据中心液冷应用
液冷应用的形式多种多样，许多厂家提供有自身特色的解决方案，就不一一赘述；对于数据中心液冷技术应用，目前有代表性的有两种方式：浸没式液冷与冷板式液冷；其中浸没式液冷进一步分为单相浸没式与相变浸没式。
无论哪一种液冷，其共同的数据中心应用特点均为采用冷却塔作为冷源，不设置大型冷站，避免机械制冷，用于保证全年PUE值。
浸没液冷
优点：散热能力强、低噪音、能效高、设备无防尘防腐问题；
缺点：冷媒价格较高，如果为相变技术，其冷媒消耗量比较大；机柜空间有限，需要专业服务器维护方法、印刷线路板存在相似相溶风险、服务器的部分器件不能接触冷媒（如光模块、机械硬盘、线圈电感），影响信号传输。
冷板式液冷
板式液冷优点：散热能力强、能效高、低噪音、空间利用率高、热能可回收条件较好
间接液冷缺点：设计复杂难度大、技术标准化不足且有盲点、设备成本高、寿命只有5-7年、存在凝露/泄露/腐蚀风险、商用时间短安全性可靠性未充分验证。
4、液冷设计关注点
冷却塔可以考虑闭式塔，CDU一次侧的水质较能够保证；从初投资的经济性考虑，也可以选择开式冷却塔；冷却塔的供水温度可以考虑在30度~35度范围内，对于我国绝大数的地区，其极端湿球温度都可以满足冷却塔提供该范围内的出水温度，从而避免机械制冷；对于冬季有冻结危险的地区，必须考虑系统整体的防冻措施。
液冷系统二次侧的水质要求，需要响应CDU厂家，服务器厂家，以及冷却液厂家的技术要求；对于一次侧的水质要求，可以参考国标空调系统的水质要求，也可以采用CDU厂家提供的技术要求；在数据中心内设置必要的水处理设施，以满足这些水质要求。因为采用冷却塔，建议考虑12小时的储水，用于考虑可靠性的需要。
对于板式液冷，除了考虑液冷系统外，仍然需要考虑风冷部分的冷量；该部分的设计也关系到数据中心整体的PUE，因为液冷采用自然冷却带走了大部分热量，而剩余的热量及系统设计就相对显得对PUE影响比较大，故该系统也应该考虑自然冷却各项技术的应用，用于降低整体PUE。
5、液冷技术的未来
每一项技术的出现，都有其应用的技术需要及经济性需要，只有满足两方面的需要，技术才可以大规模应用并被推广。目前，液冷技术仍然存在一些关键因素，需要突破与解决，比如，冷却液的生产目前对于液冷技术的普及影响非常大。液冷技术应用目的是节能性和经济性，而高昂的冷却液直接降低了液冷技术的经济性，导致客户对于该技术直接望而却步。还有，液冷相关的上下游的技术发展，服务器生产厂家，芯片厂家等等的技术配套，甚至数据中心业主及基础设施的系统设计，均需要为液冷技术提供相关条件，液冷技术在将来才可以大规模应用，为数据中心整体的PUE降低，提供更多的可能。
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