液冷技术分析与比较

       液体的冷却能力是空气的1000～3000倍。计算机芯片的密度越来越高，所要处理的计算工作也越来越复杂，热度负荷节节攀升，液冷技术可实现高密度、低噪音、低传热温差以及普遍自然冷却等优点，适用于需要大幅度提高计算能力、能源效率和部署密度等场景的优秀散热解决方案。

    冷板式、浸没式和喷淋式是目前液冷的三种主要部署方式。

    浸没式液冷将IT设备发热元件全部浸没在冷却液中实现散热，根据工质是否产生相变又分为单相液冷和相变液冷。吸热后的冷却液采用风冷或水冷等方式循环冷却或者冷凝。图1为曙光浸没式液冷服务器，图2为阿里浸没式液冷服务器。

    喷淋式液冷依靠泵压或重力驱动，按发热元件需求向IT设备电路板自上而下精准喷淋冷却液，吸热的冷却液采用风冷或水冷等方式循环冷却。图3、图4分别为喷淋式液冷服务器的外部和内部。冷板式液冷为非接触式液冷，冷却液体与发热器件不会直接接触。冷板式液冷通过流道将冷却液通往与IT 设备发热元件接触的冷板将热量导出，吸热后的冷却液通过风冷或水冷等方式循环冷却。图5为IBM 冷板式液冷服务器，图6为某展会冷板式液冷服务器。


 

冷板式液冷：

    冷板式液冷的主要部署方式是在液冷机柜上配置分水器，给液冷计算节点提供进出水分支管路，分支管路进出水管分别与液冷计算节点的进出水口通过接头对接，与液冷计算节点的内冷板管路连通，实现液冷计算节点内液冷循环。液冷计算节点的液体在机柜级汇聚，机柜级有一进一出两个与外部管路连接的接头，该接头与外置或内置CDU 连接，实现液冷整机液冷循环，并带走液冷计算节点的热量。在冷板式液冷系统里的液冷节点中，CPU等大功耗部件采用液冷冷板散热，其他入硬盘、接口卡等少量发热器件仍采用风冷散热系统。

浸没式液冷：

    首先，在浸没式液冷中，冷却液与发热设备直接接触，具有较低的对流热阻，传热系数高；其次，冷却液具有较高的热导率和比热容，运行温度变化率较小；再次，这种方式无需风扇，降低了能耗和噪音，制冷效率高；最后，冷却液绝缘性能优良，闪点高不易燃，且无毒、无害、无腐蚀。所以液冷技术适用于对热流密度、绿色节能需求高的大型数据中心、超级计算、工业及其他计算领域和科研机构，特别是对于地处严寒、高海拔地区，或者地势较为特殊、空间有限的数据中心，以及对环境噪音要求较高，距离人群办公、居住场所较近，需要静音的数据中心具有明显的优势。

喷淋式液冷：

    喷淋式液冷机柜系统包括喷淋式液冷机柜系统（含管路、布液系统、回液系统和PDU等部件）、液冷服务器、冷却液三部分。喷淋式液冷机柜通过管路与室内热交换器相连接，即机柜内芯片的废热被冷却液吸收后传递到到室内热交换器并与室外热交换器进行换热。在该系统中，服务器内部各个发热器件要求采用分布式布局，建议发热器件的传热表面的方向不与重力方向相同；机柜内部器件电功率建议不超过56kW；服务器内部无风扇，机械硬盘需要保护和隔离；各个接口可以实现快拔快插。

 

表1　三种液冷方式的比较

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