数据中心液冷技术是解决高密度算力散热难题的关键方案,尤其在AI、云计算和超算场景中逐步成为主流。

液冷技术的分类与原理

冷板式液冷(间接液冷)

原理:通过金属冷板直接接触CPU/GPU等发热部件,液体在冷板内部流动带走热量。

优势:兼容现有服务器架构,改造成本低,适合局部高热部件散热。

浸没式液冷(直接液冷)

原理:将服务器完全浸没在绝缘冷却液中(如氟化液或矿物油),通过液体沸腾/循环散热。

优势:散热效率提升50倍,支持单机柜100kW以上功率密度,噪音降低90%。

喷淋式液冷

原理:精准喷射冷却液至热源表面,通过蒸发吸热。

优势:灵活适配异构计算设备,适合边缘数据中心。

浅谈数据中心液冷

从国内的液冷市场来说,冷板式液冷(间接液冷)目前是市场的主流方式。具体原因为,系统简洁,操作简单,维护方便,同时冷却速率能满足目前算力的要求。冰河冷媒的水基冷却液具有较高的导热系数,具有较多的应用案例,防腐性能优秀,是冷板系统的一个优选冷媒。根据多个数据中心的运行数据分析,PUE的运行值一般在1.1~1.2之间,跟室外换热侧是能耗的重点区,运行过程需要进行调节,超过1.2的此系统可以寻找可以节能的点。

随着数据中心算力的提升,冷却需求会越来越高,冷板的上限必然不能满足要求,因此需要浸没式液冷(直接液冷),相变液冷:细分析主要原因是冷却过程为沸腾换热,传热系数高于液体对流,同时沸腾过程液体温度不变,通过相变潜热带走大量热量。非相变液冷:通过液体浸泡芯片,循环液体通过冷媒的温差带走热量,换热量有限,直接接触式有一定的电导率和击穿电压要求,主要产品为油基冷媒,导热系数低,比热小,服务器机柜的流通面积大,芯片表面冷媒流动速度小,实际换热效果甚至不如冰河冷媒冷板换热系统。因此浸没式液冷相变换热系统是未来的方向。通过市场的应用案例分析,相变液冷的PUE在1~1.15之间。这个PUE范围较宽,在1.1以内主要是一些输送范围小,尤其是单体设备的系统,例如集装箱式,输送能耗低,甚至可以靠芯片的热驱动运行,PUE可以 做到1.05以内。

喷淋式液冷目前主要以油基冷媒为主,整体PUE跟直接浸没液冷相似。但对设备分液要求较高,要预防死区,造成设备烧毁故障。从传热学角度看,喷淋的液体更爆,换热热阻小,换热能力强,理论换热效率会高。尤其采用相变式换热冷媒,膜态沸腾,传热系数更高,但目前的技术和思路并没有发展到这块。因此这个不是一个主流发展方向。有感兴趣的机构可以尝试,相变喷淋液冷效率比浸末相变效率更高。

数据中心液冷形式多样化,但每一种系统都有存在的合理性。因此PUE的高低更多的是落在了数据中心后期的运营上,需要懂系统,优化节能运营思路。发挥系统最优的状态。