专题丨数据中心浸没液冷中冷却液关键问题研究
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工程师,高级业务主管,主要从事数据中心相关的政策支撑、产业咨询、技术研究和标准制定工作。
邢玉萍
中国信息通信研究院云计算与大数据研究所助理工程师,主要从事数据中心相关的技术研究和标准制定工作。
蓝滨
3M中国有限公司数据中心高级应用专家,长期从事浸没冷却应用开发相关工作。
论文引用格式:
谢丽娜, 邢玉萍, 蓝滨. 数据中心浸没液冷中冷却液关键问题研究[J]. 信息通信技术与政策, 2022,48(3):40-46.
数据中心浸没液冷中冷却液关键问题研究
谢丽娜1 邢玉萍1 蓝滨2
(1.中国信息通信研究院云计算与大数据研究所,北京 100191;2. 3M中国有限公司,上海 200336)
摘要:数据中心的功率密度不断增加,为保障设备平稳运行和引导绿色健康发展,数据中心散热问题成为重大挑战。液冷技术可以有效解决机房高密度部署和机房局部过热的问题,其中浸没式液冷因突出的散热和节能优势近年来得到广泛关注。对单相和相变两种典型浸没液冷方式进行了介绍,并围绕两种方式下的冷却液关键问题进行了探讨,重点分析了碳氢及有机硅冷却液和碳氟冷却液的性能和应用差异,及其对安全和环境的影响。
关键词:数据中心;浸没液冷;冷却液
中图分类号:TN929.11 文献标志码:A
引用格式:谢丽娜, 邢玉萍, 蓝滨. 数据中心浸没液冷中冷却液关键问题研究[J]. 信息通信技术与政策, 2022,48(3):40-46.
DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.03.007
0 引言
数据中心是支撑现代经济社会发展的战略资源和新型基础设施,用于收集、存储、处理和分发大量数据。随着人工智能、虚拟现实、智慧城市等高密度业务应用的逐步发展,数据中心所需应对的计算量和计算复杂度迅速增长。在芯片制程提升速度变慢的限制下,为了满足更快更难的处理要求,计算行业不得不通过“堆料”方式提升芯片能力,CPU功率已从单个150 W增加到300 W以上,用于图形处理单元的GPU单个功率甚至超过700 W。对于信息通信设备而言,运行温度是严重影响其工作性能稳定的重要因素,数据中心散热必须随着密度升高得到有效解决[1]。根据冷却原理不同,目前的冷却解决方案可以分为气体冷却(风冷)和液体冷却两大类。由于风冷散热架构下数据中心机架的最大功率在20~30 kW,而直接液体冷却可以将每个机架的功率限制提高到100 kW以上,因此在越来越多的热负荷高、建筑面积有限、节能要求高的场景下,只能寻求液体冷却解决方案。
随着我国数据中心政策对PUE要求的收紧和对节能低碳的推崇,降低能耗成为数据中心必须探索的课题。数据中心运行所需能耗至少1/3用于IT设备散热,因此降低制冷系统能耗是整个数据中心节能降耗的关键环节。液冷通过液体循环换热提高冷却效率,可以显著降低数据中心的总能源消耗和二氧化碳排放,契合我国数据中心低碳发展要求。
数据中心液冷分为浸没、冷板等主要方式,浸没式冷却方式由于散热效率较高、可以极大降低PUE,近年来得到专家学者及行业用户的重点研究,是数据中心液冷技术的关键分支。据统计,全球浸没式液冷市场预计将在未来五年增长至7 亿美元,年复合增长率超20%[2]。不断增加的芯片密度,苛刻的边缘计算环境等新场景,以及数据中心节能减排的压力,或将持续推动浸没式液冷市场壮大。
1 浸没液冷冷却方式
浸没式液冷是典型的直接接触式液冷,电子设备被浸入冷却液中,产生的热量直接转移到冷却液,并依靠液体的循环进行热传导。目前,我国浸没式液冷已进入商用部署阶段,阿里巴巴在其电力容量2 MW、可容纳数千台服务器的冬奥云数据中心,规模化部署了单相浸没液冷服务器集群,开启了液冷的正式商用[3],又在余杭打造了全浸没式云计算仁和数据中心,是我国首个绿色等级达5A级的液冷数据中心[4]。
1.1 单相浸没液冷
根据所使用的冷却液在冷却电子器件的过程中是否会发生状态改变,可将浸没式液冷分为单相浸没液冷和相变浸没液冷两类。单相浸没式通过在整个系统中循环冷却液来消除设备产生的热量,首先热量从电子设备传递到液体中,然后使用循环泵将带有热量的冷却液送到热交换器,在热交换器中与温水进行循环换热,以持续地为设备部件降温[5]。单相液冷中冷却液挥发控制相对简单,密封性良好情况下冷却液损失较小,无需频繁补充冷却液。
本文刊于《信息通信技术与政策》2022年 第3期
主办:中国信息通信研究院
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