解析數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)

隨著技術(shù)和產(chǎn)品的革新，近幾年來一些甚至開始用礦物油或者液態(tài)氮來推動數(shù)據(jù)中心硬件的極限效能。我們現(xiàn)在可以看到越來越多新奇技術(shù)的應用，像是老式的浸沒服務器冷卻罩，液體刀片服務器，礦物油冷卻服務器等等。

我們認為采用這些新奇技術(shù)所節(jié)省下來的成本是相當可觀的，企業(yè)可以不必維護龐大的冷媒壓縮機、管線、散熱水槽與風扇等設備，在目前日益重視的節(jié)能與成本議題上，服務器油冷設備的確顯現(xiàn)了不錯的競爭力。但在一線的機房人員會如何看待些裝置我們還不得而知，只是這些炫酷的技術(shù)就已經(jīng)把我們帶進花花水世界，讓我們應接不暇了吧。

首先我們要來看一個液冷應用的非常好的案例。在 Intel 與油冷設備廠商 Green Revolution Cooling 歷經(jīng)一年的合作測試下，服務器油冷散熱無論在冷卻與節(jié)能效率上皆能輕易擊敗傳統(tǒng)空冷形式，而且 Green Revolution Cooling 認為這項裝置兼顧了安全性與硬件可靠性，并且仍有進步的空間。

工作人員將服務器浸入礦物油

在這項為期長達一年的試驗中，英特爾利用礦物油對服務器進行冷卻，比較與傳統(tǒng)的空氣冷卻技術(shù)的耗能。實驗數(shù)據(jù)表明礦物油冷卻技術(shù)比傳統(tǒng)的空氣冷卻的耗能要低90%至95%.

礦物油冷卻服務器

Green Revolution Cooling （GRC），是一家位于德克薩斯州的成立兩年的公司，主要是提供液體冷卻技術(shù)解決方案。在2009年超級計算機大會上，Green Revolution Cooling 推出了礦物油制冷技術(shù)，并且在2010年的超算大會上被選為2009年年度突破性技術(shù)。他們利用比熱容是空氣的1200倍的一種礦物油來對服務器進行冷卻，使得冷卻耗能最高節(jié)省了95%.

水冷技術(shù)發(fā)展及典型代表

1964-1990期間，大型主機采用的是水冷技術(shù)。然后，出現(xiàn)了互補金屬氧化物半導體晶體管制造技術(shù)。該發(fā)明大大降低了芯片自身運行時產(chǎn)生的熱量并且能把熱量排給空氣制冷設備。在很多年里，水冷技術(shù)也一直被高性能個人計算機所使用。由于筆記本電腦內(nèi)部空間狹小，空氣制冷卻起不到應有的作用，所以許多筆記本系統(tǒng)都是采用水冷技術(shù)。

水冷服務器內(nèi)部

盡管水冷技術(shù)更實用，但由于低熱負荷時空氣制冷卻成本也較低，所以IT產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向使用空氣制冷卻。但隨著時間推移，芯片越發(fā)密集，工作頻率一路飆升，這兩個因素都導致了電力需求和處理器熱排量呈指數(shù)倍上升。

在計算機發(fā)展過程中，我們經(jīng)常把系統(tǒng)性能限制認定為 運算約束 或是 I/O約束 。而今天的處理器則是 熱約束 。在傳導熱方面，水比空氣有效得多。用于冷卻時，水大約比空氣有效3500倍。

水冷服務器

有了水冷處理器，芯片和服務器廠商無形中被賦予了開發(fā)超大運算能力的機會。試想一下，使用一個更有效的冷卻技術(shù)可能帶來的成本節(jié)約和數(shù)據(jù)中心的成長可能性。？

可以說是IBM翻開了水冷技術(shù)的發(fā)展歷程，因為IBM最先使用水冷技術(shù)的時間可以追溯到1966年。當時，IBM推出了System/360型91大型計算機。這款計算機是當時運算速度最快、性能最強的機器，主要被設計用來處理科學應用的高速數(shù)據(jù)處理（比如太空探索、亞原子物理學、全球氣候預測等等）。因此，為了確保 大型機在長期的高速運算中不會發(fā)生過熱而宕機的事件，IBM就研發(fā)了這種專門的水冷系統(tǒng)。

IBM 3081

IBM 3081型機是一款結(jié)構(gòu)非常復雜的大型機（誕生于1980年11月12日）。在這款機器上擁有兩個最具特色的高能效設計。其中一個是從大型機之前的68KW功耗降低到23KW，另外則內(nèi)置有水冷技術(shù)，在傳統(tǒng)的風冷設計的基礎(chǔ)上還新增了散熱片。

2006年IBM研究人員展示了最新的旨在提高計算機芯片散熱效率的新技術(shù)：直射式散熱。這是一種水冷技術(shù)的新突破，在一個密閉的系統(tǒng)中將水直接噴射至芯片背板，并隨后將吸附芯片熱量的水分吸干。這套系統(tǒng)采用了多達5萬個噴嘴和1個復雜的樹狀回路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

IBM Power575

2008年4月，IBM展示了其首個采用水冷技術(shù)的超級計算機Power 575.這款Unix機器包括 有14個內(nèi)置水冷管道的服務器。這些水冷管道通過機架直接接入到服務器上，并配合處理 器散熱器上的水冷銅座共同發(fā)揮作用。

Aquasar服務器內(nèi)部

2010年7月，IBM展示了首款采用 熱水 的超級計算機Aquasar.該超級計算機是IBM為蘇黎士瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院而設計的計算機。水冷技術(shù)的發(fā)展也由此而翻開了新的篇章。

打開該系統(tǒng)的刀片式服務器機箱就能發(fā)現(xiàn)，其主板上的每顆CPU都由液冷頭覆蓋，其間則使用細導管連接，導出機箱后再連接到更大型的回路系統(tǒng)中。水在處理器附近被加熱后，就會通過細管流入機房所在建筑的暖氣管道中，參與地暖系統(tǒng)供熱，熱量耗盡后冷卻再流回服務器形成循環(huán)。由于該系統(tǒng)被安置在普通風冷機柜旁邊，除了液冷處理器散熱外，不需要其他任何散熱措施。

據(jù)稱，這款超級計算機相比同樣配置的風冷超級計算機可減少40%的能耗。而且余熱還可以被用來對整個大學建筑物進行取暖，Aquasar的碳排放也因此減少了85%.

液體冷卻實驗操作過程

英特爾和Green Revolution Cooling將服務器浸入到250加侖的礦物油中，礦物油的溫度通過一個熱交換機保持低溫。英特爾的架構(gòu)工程師相信，通過控制服務器的熱度，及時的熱量轉(zhuǎn)移能夠提高處理器的處理速度。

礦物油冷卻系統(tǒng)

在礦物油冷卻系統(tǒng)中，一個熱交換機可以控制4個機架的礦物油溫度。在每個特制的機架中，有電源、網(wǎng)線接口等等。

礦物油冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不同于普通機架的一層一層的結(jié)構(gòu)，在礦物油冷卻系統(tǒng)的機架中，服務器是類似刀片的插入到礦物油中。

礦物油冷卻服務器

一個傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心需要設計服務器單元，需要空調(diào)單元并且一些其它建筑架構(gòu)設計，但是采用礦物油冷卻技術(shù)，架構(gòu)的設計要求比較少。從另外一個角度來說，這又為企業(yè)節(jié)省了費用。

礦物油冷卻服務器

為期一年的測試結(jié)束后，英特爾表示在考察數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標PUE上，礦物油冷卻系統(tǒng)能夠達到1.02至1.03，相比于傳統(tǒng)空氣冷卻的數(shù)據(jù)中心的1.8來比，有著巨大的節(jié)能提升。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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