近幾年,數據中心的能耗問題受到越來越多的關注,并且已經成為制約數據中心行業可持續發展的重要因素。為此,2013年以來,政府相繼出臺了多項政策,對新建數據中心的節能水平提出了要求,北京更是暫停了PUE>1.5的新建數據中心審批工作。
數據中心為了追求更加的高效節能,冷卻技術也發展出了多種形式。目前,數據中心市場上主要采取制冷方式包括:風冷精密空調制冷和水冷精密空調制冷。
數據中心早期并沒有專用的精密空調,也沒有統一的標準,早期的數據中心主要用的是民用大功率空調,這種空調主要是為人而設計,并不合適在數據中心的環境中使用,與機房專用空調相比在恒溫、恒濕、除塵等方面均達不到數據中心的標準。在數據中心發展初期,由于受到當時條件所限,使用這種空調也只是權宜之計。
到上世紀70年代,機房專用精密空調出現,精密空調可以有效保障數據中心的恒溫恒濕環境,而除塵方面采用新風系統和機房正壓除塵,從而滿足數據中心保持適度恒定,良好的空氣潔凈度、具備遠程監控等要求。
2000年以后,我國改革開放到了一個新的時期,國內互聯網開始快速發展,數據中心也進入到了一個新的發展階段。因為網絡的普及,互聯網的發展,信息傳遞越來越頻繁,產生的數據量和計算量越來越大,這時為了保障數據中心的安全穩定,人們對精密空調系統的高可用性提出了更高的要求,在空調系統設計中,可用性、綠色節能、動態冷卻成為了主要的創新方向。
與風冷精密空調制冷相比,水冷精密空調制冷則呈現起步較早,發展緩慢的現象。
上世紀60年代,水冷開始被運用到大型計算機主機和高性能個人計算機中。起初,數據中心中的熱負荷較低,使用風冷比水冷的成本低,所以當時更多的機房主要還是使用風冷。后來,隨著設備的不斷增加,服務器越發的密集,人們發現風冷已經開始不能滿足冷卻需求,這個時候水冷技術得以發揮出自己的優勢,因為在熱傳導方面,水比空氣有效得多,美國網站空間 香港網頁寄存,據測算,用于冷卻時,水的效率是空氣的3500倍。
后來,IBM研究人員推出了直射式散熱技術。這是一種水冷技術的新突破,在一個密閉的系統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。這套系統采用了多達5萬個噴嘴和1個復雜的樹狀回路結構系統。
大約10年前,人們發現將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揮作用,新加坡云主機 香港云主機,這種方式的散熱效率相比之前的更好。
再后來,因為水冷能耗低,效率高等特點逐漸也成為了機房冷卻的主要方式。
但是,風冷也好,水冷也好,人們對技術的要求總是不滿足的,為了數據中心更安全同時更加綠色節能,為了應對未來大數據時代,數據中心對于高密度的需求,一種新的制冷技術應運而生了,那就是將服務器直接浸入絕緣性液體運行的浸沒液冷技術。
目前,對于浸沒液冷技術國內外很多廠商都都進行了研究,例如,IBM公司從20世紀70年代開始浸沒液冷的研究,具有30多項機架式浸沒液冷專利。美國的GRC開發了高沸點單相浸沒的碳氫溶劑制冷系統。3M公司從2009年倡導使用低沸點氟化液的兩相式蒸發浸沒冷卻系統。日本利用3M公司一種高沸點氟化液FC43開發的單相浸沒超算系統。另外,我國的一些企業也在研究開發相關浸沒液冷技術,例如曙光,從2012年開始就對液冷服務器技術進行了探索和研究。
浸沒液冷技術之所以受到眾多廠商的青睞,主要是因為它突出的性能。首先,液體的冷卻能力是空氣的1000-3000倍;其次,液冷可實現高密度、低噪音、低傳熱溫差、自然冷卻等優點;另外,浸沒液冷的功率密度可超過每機柜體積100kW、噪音低于50dB、PUE低于1.2.目前在浸沒液冷服務器冷卻技術的分類上又分為:單相冷卻:即利用高沸點液體的比熱溫升過程帶走熱量,稱為單相浸沒冷卻服務器或油(包括高沸點碳氫、硅油、氟化液)冷服務器。
相變冷卻:利用低沸點氟化液或其他絕緣易蒸發液體的氣化過程帶走熱量,稱為相變冷卻式服務器或蒸發冷卻式服務器。
據了解,目前機房浸沒液冷技術主要運用在比特幣礦機和超算中心等高密度環境。
雖然浸沒液冷技術有諸多的優勢,但是目前卻無法大面積的使用在已建數據中心中,因為如果采用浸沒液冷方式的話,需要對原有的數據中心結構進行較大改造,而這對于數據中心運營商來說是一筆不小的成本,另外,許多熱負荷較低的小型數據中心機房可能并沒有必要采用液冷的必要,因為風冷對于小型的數據中心機房來說已經夠用了,液冷的優勢主要體現在大型或者超大型的數據中心中。