数据中心的IT设备冷却技术

当机架式和机柜式计算机在数据中心空间中的密度在增加时，温度也在上升。

机架密度上升的核心是新一代的中央处理单元和图形处理单元，它们在服务器中产生更高的热功率密度。由于机架中有多个活动部件，当机架密度超过20kW时，通过室内、排内或基于机架的遏制系统等传统方法，来冷却空气不再能够吸收热量。数据中心需要一年365天全天候的排热系统，无故障。空气冷却系统已经达到顶峰，而随着高密度机架的功率达到30kW或更高，液体冷却技术正成为降低温度的主流。

在选择合适的冷却系统时需要考虑的因素包括：

• 机房大小

• 单机柜最大负载kW

• 冷却机组数量

• 相对于室外的房间位置

• 天花板和活动地板高度

•  未来扩展需求

没有适合所有数据中心的单一冷却解决方案。但为了理解为什么液体冷却方法越来越受到关注，让我们后退一步，看看不同的系统。

空气冷却系统

空气管理是风冷系统热管理的重要组成部分。传统的空气冷却系统，如机房空调或机房空气处理器，被设计用于冷却整个房间。通常，这种方法可以将每个机架冷却到15kW。空气分配包括地板下送风，开放式房间回风，送风和回风，以及将热空气引导至增压室回风区域的垂直热环。

行内空气冷却系统通常放置在服务器和机架附近，并使用热/冷通道控制方法。排集成式冷却将冷空气推到前部，并将热废气排出机架和机柜的后部。通过将冷却装置放置在靠近热源的地方，热风返回到空调或处理器的路径长度可以显著减少，最大限度地减少冷热气流混合的可能性。

基于机架的系统将冷却单元专用于特定的机架。它们可以直接安装到IT机架上或安装在IT机架内。气流路径甚至比基于行的冷却系统中的气流路径更短，并且气流不受房间内的对象或房间约束（如门口）的影响。由于冷却单元数量的增加，基于机架的冷却成本可能会很高，从而导致更多的功耗。

液冷加速发展

液体冷却，通过水或其他介质液体，如矿物油或乙二醇，具有比空气体积高得多的热容，这意味着它可以处理更高密度的设备。其他好处包括降低能耗，降低OPEX，比空气冷却系统更安静，并且占用数据中心的空间更少。

各种液体冷却技术已经出现，以满足高密度机架和机柜的冷却要求，包括直接到芯片冷却、机架/服务器冷却和浸入式冷却。这些工作原理是将冷液体泵到硬件附近或直接在硬件上进行热交换。液体不断循环，几乎与产生的热量一样快地排出热量。

在芯片直接冷却中，液体冷却剂通过管道直接输送到电子设备，如CPU或GPU，在那里热量被吸收。这种液体从不直接接触电子设备，而是通过将其转化为蒸汽来“吸收”热量，然后通过蒸发将热量从it设备中带走。

利用机架液体冷却技术，机架后门用液体热交换器代替。采用被动式设计，风扇通过装在机架后门处的充液线圈排出热空气。线圈在空气进入数据中心之前吸收热量。主动式换热器包括风扇，用于将空气吸入盘管，并从更高密度的机架中排出热量。

浸没式冷却，包括单相和两相冷却，正在数据中心领域取得进展。浸入式冷却包括将硬件浸入特殊的介质液体中，包括，服务器甚至处理器，这种介质液体传导热量而不导电。

单相涉及将电子元件浸入密封但易于接近的外壳中的电介质液体中，在该外壳中，部件的热量被传递到流体中。泵通常用于将被加热的流体移动到热交换器，在那里它被冷却并循环回到外壳中。

在两相浸没冷却中，流体被煮沸和冷凝，以指数方式提高传热效率。电子元件直接浸泡在密封的介质液体中，产生从液体中升起的蒸汽。蒸汽在罐内的热交换器(也称为冷凝器)上冷凝，使流体再次回到其冷却点。

总结

液冷需要额外的资本支出在硬件，昂贵的液体，安全装置，以及专门的培训，以了解如何实施和使用这些系统。随着下一代处理器和图形处理器的快速发展，将新的硬件集成到现有的传统风冷服务器中可能是一个挑战。

IT管理和数据中心设计人员将面临这样一个问题：他们的服务器是否散发出足够的热量，以证明实施液体冷却技术以支持更高密度机架的投资是合理的。这不可避免地包括权衡初始资本支出与数据中心生命周期内的长期运营支出节约。

本文标题：数据中心的IT设备冷却技术

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