導語

隨著互聯網、大數據、云計算、高性能計算的快速發展，數據中心面臨著嚴峻的挑戰。主要歸結于GPU驅動應用程序推動,使得業務和IT增長需協調一致。隨著數據中心內部溫度升高，運營商正爭先恐后地尋找可行、更節能的散熱解決方案。在此我們將討論其中最可行和最實用的冷卻方法，并對比分析風冷冷卻和液體冷卻。

1 冷卻技術運作原理

風冷冷卻

傳統的風冷數據中心通過空氣處理機上的進氣口將外部空氣帶入。空氣被計算機房空調（CRAC）單元冷卻，然后在高架地板帶動下進入服務器機架"冷過道"。冷空氣通過并冷卻服務器，然后離開"熱通道"，通過充氣室排放返回空氣處理器。

液體冷卻

液體冷卻的工作原理是：液體相較于空氣是更好的熱導體。

服務器垂直安裝在水平定向的介質（電非導電）流體冷卻液槽中。

冷卻液通過與服務器組件的直接接觸傳遞熱量。

加熱的冷卻液從機架頂部流出，并在機架和連接到溫水回路的冷卻分配單元（CDU）之間循環。另一側包含冷卻塔或干式冷卻器作為散熱最終形式。

冷卻的液體從熱交換器返回到機架。

2 復雜性和前期成本

風冷冷卻

看似簡單的服務器機架系統實際上有很多活動部件：高架地板，通道遏制策略，冷卻器，空氣處理器，濕度控制，過濾系統和增壓室的某種組合。為了支持上述功能，風冷數據中心還必須運行相對較大的輔助基礎設施（特別是備用發電機、UPS和電池）。

這些必要的復雜性等同于相對較大資本支出（CAPEX）。

液體冷卻

自 2009 年開創該技術以來，一直在挖掘液體冷卻的最大價值（簡單性）。

考慮只需三個活動部件：冷卻液泵，水泵和冷卻塔，干式冷卻風扇，并且不需要高架地板，也不需要通過通道封閉浪費空間。液體冷卻可以將數據中心的資本支出降低50%甚至更低。

由于機架可以緊密地間隔在一起，液體冷卻不需要對氣流進行CFD分析，甚至可放置在裸露的混凝土地板上。電氣支持系統縮小尺寸。

在假設簡單性會影響性能之前，補充一點說明GRC ICEraQ?系統可以輕松冷卻100 kW /機架（甚至更高），遠遠超過最好的風冷操作能力。

3 效率和運營費用

風冷冷卻

顯而易見空氣是比液體更有效的熱導體（效率低1200倍） 。不僅使風冷數據中心本質上效率降低，而且會產生連鎖反應，對運營費用產生嚴重影響。

風扇占服務器功耗的20%。為提高空氣有效性，需冷卻器和空氣處理器等消耗能源的制冷組件。這些反過來又會影響電力基礎設施規模。

鑒于上述情況，風冷冷卻需要數據中心技術中極高的運營費用，同時大約產出1.35至1.69的PUE。

液體冷卻

用三個移動部件（GRC移除風扇以優化服務器浸入式），零制冷組件，大大降低基礎設施要求，液體冷卻使冷卻能量減少90%，數據中心總能耗降低50%。因此，可以實現<1.03的PUE。

從電力角度來看，風冷冷卻基礎設施不僅增加成本，而且還可能附帶高昂的維護費用。液體冷卻則沒有這些問題。

4 冷卻能力和高密度性能

風冷冷卻

確實，一些風冷數據中心能夠冷卻30-35 kW機架。但實際上，風冷數據中心在15 kW 機架以上非常低效。

行業趨勢使形勢變得更為嚴峻。耗電 GPU 正在進軍，以應對物聯網和 AI 等 HPC 應用。用一個例子說明，英特爾?的新Skylake版本消耗高達250 W的能量。將其中兩個放在1U服務器上，為其他電子設備添加200 W以上，乘以40服務器，基于CPU的系統則有28 kW。添加處理器和加速器，將遠遠超出風冷冷卻的限制。

為滿足以上需求，數據中心運營商傾向于創建混合密度的機架。就風冷而言，不可避免地會導致熱點，從而導致硬件故障。

值得一提的是，硬件演變將為風冷數據中心的運營商（下一次硬件更新）帶來真正的清算時刻。

液體冷卻

GRC ICEraQ?和 ICEtank?系統通過精心設計突破熱障，將數據中心計算帶入下一次演進，甚至更進一步。任何一種解決方案都可以輕松冷卻每個機架高達100 kW的功率，理論上與冷卻液一起使用時可以冷卻高達200 kW的功率。

4 可靠性和位置靈活性

風冷冷卻

任何風冷冷卻技術都注定要面臨硬件可靠性問題。究其原因在于IT資產暴露于潛在有害的空氣污染物以及空氣本身的不利影響（主要指腐蝕和氧化）。

風險取決于空氣質量和無調節空氣本身的自然濕度水平。顯然，濕度高、空氣污染或風吹顆粒物的地方都可能會對數據中心造成嚴重破壞。隨著對遠程邊緣部署的需求增加，這些問題也會凸顯出來。

說到位置靈活性，風冷冷卻固有的復雜性和巨大的基礎設施要求為數據中心的放置帶來重大障礙。

綜上所述，即便采用最佳的通道布置方法，傳統的風冷冷卻也會產生導致硬件故障的熱點。

液體冷卻

三個主要因素使液體冷卻在此類別中得分最高：

市場上最簡單實用冷卻形式。出錯的更少：沒有冷卻器，空氣處理器，濕度控制等;并且沒有服務器風扇來產生可以增加MTBF（平均故障間隔時間）的振動。

沉浸式處理，使IT資產與外部空氣完全隔離，從而消除環境問題。

數據中心中沒有熱點。事實上，ICEraQ或ICEtank系統中的任何兩個點都在兩個溫度范圍內工作。

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6 總結

綜上所述，隨著數據中心的規模越來越大，部署的機架越來越密集，對服務器負載的要求越加苛刻，傳統的風冷冷卻技術不再滿足數據中心的制冷要求。為解決這個問題，很多企業在其數據中心開始采用液體冷卻技術。

審核編輯：符乾江