对液冷技术及其发展的探讨
导读
您是否曾为数据中心的散热效率低下而头疼？在数字时代爆发式增长的今天，液冷技术正以颠覆性优势破解高密度计算的散热难题。传统的风冷方式虽有一定效果，但面对不断涌现的大型数据中心，液冷技术凭借浸没、冷板、喷淋等多样化部署，直接提升散热效能。随着计算性能飙升，制冷技术将迎来革命性变革，数据中心行业面临重构机遇。
一、引言
数据中心能耗一直是行业焦点。我国数据中心建设起步较晚，PUE普遍高达2.2~3.0，高能耗不仅加重企业负担，更造成巨大能源浪费。
云计算和大数据技术的飞速发展，对底层基础设施性能提出更高要求。服务器功耗随之激增，尤其是CPU性能提升导致整柜功耗近乎翻番，给机房散热带来严峻挑战。
万物互联时代来临，数据量爆炸式增长，推动数据中心向高密度配置迈进。冷却技术必须革新。尽管国内数据中心向能源丰富地区迁移带来节能收益，但仍无法满足服务器高密度部署的散热需求。
二、液冷系统的优势
液冷技术并非新概念，早在航天领域广泛应用。数据中心领域，IBM在20世纪60年代已采用液冷技术。虽然风冷因成本低、部署简单长期主导市场，但随着芯片密度和热负荷攀升，液冷技术重新成为“救火队长”。其优势显著。
（1）比热容大，散热效率高效
液冷使用液体直接导向热源，无需空气间接制冷。它通过循环介质带走大部分热量，降低机房送风需求，消除局部热点。液体比热容远高于气体，能高效吸收热量而保持温度稳定，提升散热效率，甚至允许CPU超频工作。
（2）降低能耗，减少支出成本
2017年，我国数据中心机架规模达166万架，耗电量惊人，散热系统占电费支出大头。液冷技术可取代风扇和空调，大幅降低能耗。例如，某款液冷服务器使CPU核温降低20℃，整机能耗减少5%。
（3）节能环保，降低噪音指标
数据中心能源消耗中，散热负荷远高于IT设备本身。液冷系统削减散热能耗，显著降低PUE。同时，泵等元件噪音远小于风扇，实现“静音机房”效果。
三、液体冷却方式
液体冷却系统通过液体回路与部件热交换。冷却液可由机架或外部CDU提供。图1展示了数据中心内液体冷却系统和回路的示例。
图1 数据中心内的液体冷却系统和回路示例
产业界为提升散热效率，积极探索液冷技术。目前主要采用冷板、浸没和喷淋三种方式。
（1）冷板式液冷
冷板式液冷在机柜配置分水器，通过分支管路与计算节点连接，实现液冷循环。CPU等大功耗部件采用液冷冷板散热，其他器件仍用风冷。这种方式密度更高、更节能、噪音更低。在每分钟60升流量下，机柜功耗可达45kW，远超风冷的30kW极限。
（2）浸没式液冷
浸没式液冷近年备受关注，在SC14大会上多家企业展示相关产品。冷却液直接接触发热设备，传热系数高，运行温度稳定。无需风扇，能耗和噪音低，适用于高密度、绿色节能需求的数据中心，尤其适合严寒、高海拔或静音环境。
（3）喷淋式液冷
喷淋式液冷将绝缘冷却液直接喷淋到发热器件表面，吸热后排走。只需对服务器少量改造，即可实现高效冷却。系统集成度高、散热强、节能静音，是降低TCO的有效手段。
四、国外的尝试
国外为节能大胆创新，如微软海底数据中心、Facebook北极圈设施，主要依赖环境温度。液冷技术在数据中心领域可追溯至1966年IBM的System/360大型机。随着热负荷增加，液冷技术复兴。IBM的Aquasar超算采用温水制冷，散热效率比风冷高4000倍，余热还可供热，年省125万美元。
Intel与GRC合作推出矿物油浸没系统，冷却效果比风冷节能90%~95%。3M公司开发NOVEC绝缘冷却液，沸点低，通过气化循环散热。Google在TPU3.0中引入液冷，可能采用冷板式。这些尝试显示，液冷技术正因性能需求而重生。
五、问题和思路
液冷部署仍面临挑战。
（1）原有机房适配问题。传统机房承重和管路设计不匹配液冷系统，部署成本高。
（2）液体与IT部件兼容性。长期接触可能影响性能，需验证液体对人体的安全性。
（3）行业标准缺失。各企业研发各自为战，需标准化组织制定规范，促进良性发展。
（4）研发支持需求。国家专项资金可推动液冷技术国产化，实现中国智造。
液冷技术投入大、产出慢，需流体经验积累。国内如曙光、华为等企业已有产品，ODCC于2017年成立液冷项目组，联合多家单位制定规范，2018年发布系列标准。
六、结束语
液冷技术虽起步不久，但前景广阔。机房承重、硬盘失效率等问题待解，行业标准空白也需填补。液冷将重构数据中心产业链，体现多专业融合趋势，带来巨大机遇。
想要将液冷技术融入您的数据中心？立即行动，探索高效散热解决方案，抢占行业先机！
作者简介
谢丽娜
中国信息通信研究院云计算与大数据研究所数据中心部高级项目经理，开放数据中心委员会（ODCC）新技术与测试工作组项目经理。
郭 亮
中国信息通信研究院云计算与大数据研究所数据中心部副主任，高级工程师。开放数据中心委员会（ODCC）新技术与测试工作组组长。
本文刊于《信息通信技术与政策》2019年第2期
《信息通信技术与政策》
由工业和信息化部主管、中国信息通信研究院于1975年主办的《电信网技术》（月刊）自2018年3月正式更名为《信息通信技术与政策》。《信息通信技术与政策》刊载内容在覆盖传统电信领域的基础上向信息、通信和ICT领域延伸。本刊物重点解读行业政策、标准，报道国家重大科研项目成果及业内最新最热产品与技术解决方案。
主要栏目：专题、专家论坛、产业与政策、发展策略、泰尔检测、产品与技术方案。
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校 审 | 陈 力、 珊 珊
编 辑 | 凌 霄
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