数据中心技术:液体冷却趋势

发布时间:2023-05-06      浏览量: 263

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今天的数据中心更加复杂。过去几年对 IT 服务的依赖热潮导致了更大的需求。随着新的工作负载、更大的密度和对数据的高度依赖,数据中心行业面临着在扩展关键资源的同时利用密度和空间的挑战。数据中心是容纳需要适当冷却和电源设计的 IT 设备和系统的设施。IT 设备会产生大量热量,必须通过高效的 冷却系统将其排出。 冷却系统的主要目的是 为 IT 设备运行维持正确的环境条件。风冷是首选的冷却系统 数据中心,但随着技术的进步,新的冷却系统开始引起数据中心设计师的兴趣。其中之一是液体冷却或浸没冷却的想法。

在本文中,我们将了解数据中心冷却的演变。我们将考虑数据中心采用的两种主要冷却设计,重点介绍更先进的液体冷却设计。

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数据中心冷却的挑战

冷却是数据中心的重要组成部分。过去,运营商很少关注冷却系统的能耗。操作员只是认为“越冷越好”。但他们已经意识到,冷却系统会消耗大量能源。电源使用效率 (PUE)让运营商对他们的冷却系统三思而后行。
 
如今,能源消耗是数据中心行业最关心的问题之一。过去十年以来,业界一直致力于降低数据中心PUE。挑战在于以更少的能源消耗实现最佳冷却。这减少了数据中心的二氧化碳排放量,并降低了运营费用。不断增长的数据量是数据中心需求不断增长的驱动力。数据中心消耗大量能源。2016 年,这些设施消耗了 416.2 太瓦/小时的能源。这占全球能源消耗总量的3% 。预计每四年翻一番

空气冷却与液体冷却

数据中心采用两种主要的冷却设计类型。首先是风冷,数据中心一直采用风冷。其次,液体冷却是冷却服务器的最新技术。

风冷:

顾名思义,它利用输送到服务器机架的冷空气。热量通过较暖的空气与较冷的空气交换而消散。尽管空气冷却广泛应用于数据中心,但它有几个缺点。

它跟不上不断增加的高密度服务器机架。更高的服务器密度需要更多的风扇来获得更大的气流、更冷的空气并且效率低下。更不用说移动那么大的空气量会对数据中心大厅的工作人员造成噪音和干扰。 更重要的是,空气不是有效的传热介质。随着需求的增加,数据中心需要更高效的冷却方法。空气冷却的安装成本可能更低,但它的低效率和高密度计算能力以及消除重热负荷的能力使其成为一些现代数据中心的糟糕选择。

液冷趋势:

电介质液体代替空气从 IT 设备传输和移除热量。一些数据中心正在采用液体冷却,因为它作为传热介质更有效。冷却板放置在组件旁边。小管连接到板上以输送冷水。然后将温水取出、冷却,然后再循环回设备。另一种使用液体的方法是浸没式冷却,其中整个服务器都浸没在介电流体中。
液体冷却可以应对数据中心不断增加的密度。它可以显着降低能源消耗,并且比空气冷却系统使用更少的水。因此,从长远来看,这会降低运营费用。它还产生更少的噪音,并且对于直接片上冷却,占用更少的空间。

数据中心的液体冷却趋势

关于液体冷却的一个误解是它是一项相对较新的技术。然而,它自70年代以来就已经存在。从1970 年到1995 年,大型机系统采用液体冷却。游戏和定制个人电脑在90年代采用了液体冷却。所以液体冷却技术已经存在了一段时间。它现在被用于 IT 行业的各种目的。在数据中心,它正在发展成为最有效和可靠的冷却方法。
 
数据中心的液体冷却市场预计在未来几年将会增长。2015年,全球液体冷却市场估计为 6.4 亿美元。到2022年,它达到35.6 亿美元。请注意,推动液体冷却趋势的不仅仅是数据需求的增长,数据中心对更环保解决方案的需求也不断增长。
 
从2005年到2010年,液体冷却被用于数据中心。但它最初用于带冷门的数据中心。2010年之后,液冷被用于高性能计算(HPC)环境。它还具有直接接触和全浸入式液体冷却解决方案。
随着机架密度增长到空气冷却不再具有成本效益的程度,包括直接芯片冷却和浸入式冷却在内的液体冷却在各种规模的数据中心中变得越来越流行。大数据、人工智能和边缘计算机都需要大量的计算能力,这会产生更多的热量。随着功率密度的增加,对更高效和有效冷却的需求也在增加。如果您的数据中心不断尝试通过改变机架布局、地砖风扇位置、周边和其他空气冷却设置来改善冷却总拥有成本(TCO) ,那么可能是时候研究初始投资较高的液体冷却了但降低了TCO。

浸入式冷却

直接到芯片和浸没是两种最常见的液体冷却方式,它们都可以是单相(液体不改变形式)或双相(液体从液体变为气体形式)。

浸入式冷却应用中的液体冷却剂会与 IT 电子元件紧密接触。服务器的所有风扇都可以拆除,所有电路都可以浸入液体中。液体对外部温度变化反应迟缓,保护组件免受湿度和污染物的影响,并允许系统在不使用风扇的情况下运行。

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浸入式冷却可以在单相或两相系统中进行。服务器封装在一个密封的机箱中,采用单相浸入式冷却,系统可以配置为机架式或独立系统。两相浸没冷却时服务器浸没在液体中,但液体在冷却过程中会发生状态变化。当流体升温和冷凝时,水回路和热交换器带走热

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直接芯片冷却

利用服务器内芯片上的冷板将冷却液输送到较热的组件,以实现直接对芯片的冷却。尽管 IT 的电子元件不直接接触液体冷却剂,但风扇对于提供气流至关重要。

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为什么要考虑液体冷却?

  • 增加芯片和机架密度,降低延迟要求,使用 GPU,增加 CPU 功耗。
  • 需要减少能源消耗的预算后果。
  • 液体冷却让您可以在更小的空间内配备更多的计算能力,让您可以利用以前未使用的灰色空间或非传统结构化的 IT 空间。
  • 当您利用沉浸式液体冷却将服务器与环境隔离时,您仍然可以将 IT 安置在恶劣的区域。水不再是理所当然的东西,液冷显着降低了对水的需求。

AKCP 如何跟踪趋势

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温度传感器

无线温度传感器或K型热电偶用于记录和测量服务器表面、液体槽和线圈内部进出冷却液的温度。

漏水传感器

冷却系统还可以包括用于检测冷却剂泄漏的漏水检测传感器,以及连接到泄漏检测系统的控制系统。控制系统可以配置成当泄漏检测系统检测到冷却剂泄漏时采取补救措施。

无线阀门电机控制

无线、远程监控和控制  配水管网中的电动球阀。检查状态并远程启动阀门。在阀门打开和关闭时接收警报,或根据其他传感器输入(例如压力表或流量计)自动执行阀门。

结论

数据中心是能源密集型的。服务器和冷却系统消耗大量电力。确保最佳冷却解决方案是您设施不可或缺的一部分。一定要有一个功能高效的冷却系统。请注意,设计和运行良好的冷却系统有助于节省能源消耗。
 
同样重要的是要了解舒适性是冷却系统的一个关键目的。数据中心不仅应该适合您的 IT 系统,更重要的是使用其工作的人。




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