VERTIV. 维谛技术 维谛技术白皮书 数据中心液冷解决方案
Vertiv数据中心液冷解决方案白皮书 概述 随着支持人工智能和其他处理器密集型应用的服务器运算能力提升，越来越多场景下的机架功率密度超过了20千 瓦（kW），并且许多组织现在正在寻求部署具备50kW或满足更高要求功率密度的机架.
风冷系统不断演变，以应对更高的密度和实现更佳的效率，但在某个节点上，空气不具备以高效方式为高热密度机 架提供足够冷却所需的热传导特性.
这会降低专用服务器的性能和可靠性，并随着机架功率的增加而降低效率.
随着更 多高功率密度机架的部署，从经济和可持续性角度来看，风冷就变得难以立足.
因此，越来越多的组织正在探索将液体带入机架以提高数据中心冷却能力和效率的可行性.
液冷利用水或其他流 体较高的热传导特性，来支持高效经济的高热密度机架冷却.
这种方法已在大型计算机和游戏计算机等多个应用中得到验证，但在机架安装式服务器领域并不常用.
这种情况 正快速发生变化.
随着高密度机架的激增，液冷正在走出高性能计算（HPC）的小圈子，进入到主流领域.
维谛技术 (Vertiv)预测，未来几年内该技术将继续迅猛发展.
数据中心设备和基础设施供应商已经开展了广泛的开发工作，以支持液冷，目前有多种解决方案可用于通过热管背 板热交换器、冷板液冷和浸没式液冷方法来冷却服务器.
最适合特定设施的方案将取决于多种因素.
然而，考虑采用液 冷的数据中心操作人员面临一个共同的挑战：如何将液冷方案与数据中心和建筑基础设施集成，以支持液体进出机 架.
本文概述了液冷技术，重点介绍了数据中心基础设施如何发展以支持液冷方案.
VERTIV. 维诉技术 液冷是必然趋势 据中心操作人员将液冷集成到现有的风冷设施中，通常 是将部分风冷方案转变为液冷方案.
最后，液冷正在成 长期以来，一直有预测认为机架功率密度将达到风 冷无法支持的水平.
直到现在这些预测一直过于乐观， 为处理密集型边缘计算站点的可行替代方案.
因为密度提升没有预期的那么快速.
尽管如此，这些预 虽然这些情景都会使用类似的解决方案，但它们也 测还是激发了对解决方案的广泛研发（R&D），这些解决 会带来独特的挑战，通过与在数据中心热管理方面拥有 方案可支持极高的机架密度，最值得注意的是冷板液冷 深厚专业知识，且具备广泛风冷和液冷解决方案组合的 方案和浸没式液冷方案.
基础设施合作伙伴密切合作，可以很好解决这些挑战.
现在，各种趋势的融合正在将机架功耗提高到数据 中心行业以前预测的水平.
创新传承 机架密度提升的核心是更新一代的中央处理单元 (CPU）和图形处理单元（GPU），其热功率密度远高于上 作为全球热管理领域的使者，基于创新传承和广泛积累 一代架构.
例如，在多年保持相对稳定的功率密度之后， 的综合能力，维谛技术（Vertiv）为液冷带来了整体方法，可简化 英特尔CannonLakeCPU的热功率密度达到了两年前 和加速向液冷方案的过渡.
我们的产品是多年研发工作的或果 推出的前一代CPU的一倍.
井通过与领先大学合作、参与行业协会以及与新兴技术提供合 作共同完成，其中包括： 同时，服务器制造商正在将更多的CPU和GPU装 与大学的能源-智能电子系统中心（ES2）合作，通过液冷 入每个机架单元（U）.
由于机架内有多个高性能服务器， 方案和其他方法提高数据中心效率.
这种类型的合作关 系有助于开发具备兼容性的材料：让我们进一步了能液冷 即使有密封装置，向机架输送冷风的空调系统也无法提 方案部署、冷却液过滤和密封方法：优化液冷系统控制.
供够的冷却能力.
此外，在处理密集型应用中，分散计算 积极参与绿色网格（GreenGrid）和开放式计算（Open 的策略并不可行，因为即使是在单个服务器中，也存在 ComputeProject)项目，帮助制定系统设计和部署的最 物理距离带来的延迟挑战.
因此，组件被压缩到单个设 佳实践，并确保液冷系统组件的兼容性.
备内，从而形成高热密集的1U服务器，将机架热密度提 与 Green Revolution Cooling （GRC）合作，引I入新的浸 高到前所未有的水平.
没式液冷产品生产线.
维谛技术（Vertiv）通过这些工作以及我们的液冷方案研发 推动这些技术进步的潜在动力，是人工智能的广泛 计划，紧跟不断变化的客户需求，提供支持风冷和液冷混合冷却 应用和HPC在科学计算中的大量应用.
这些技术正在被 以及全液冷数据中心的产品组合，包括： 部署到数据中心，支持基于云的HPC、金融活动、在线 冷却液分配装置（CDU）和室内制冷机，专为提供完整的 游戏、医疗保健、电影编辑、动画和媒体流.
因此，高密 数据中心液冷解决方案而设计 主动式和被动式热管背板热交换器 度设备机架正在走出小众应用，变得更加主流，这迫使 创新高效的浸没式液冷系统 热管理系统要随之演变，以满足新的要求.
专为液冷CDU和冷水机组设计的可共用的室外散热单 元 这些新技术带来的变化正从多个方面影响着数据 助力改造风冷设备以支持液冷方案的应用 提供适用于波冷方案的调试、开机、运行的实践和服务 中心设计.
第一是设计专门依靠液冷的新数据中心，创 建具有巨大计算能力的更小、更高效的数据中心.
第二 随着液冷市场需求的增长，维谛技术（Vertiv）正在继续扩展 是设计采用风冷，但也包含液冷方案，以简化未来过渡 我们的能力，利用我们的规模和热管理专业知识开发新的解决 方案和服务.
过程的数据中心.
第三，也是到目前为止最常见的是，数
Vertiv数据中心液冷解决方案白皮书 热管理系统的发展现状 数据中心冷却技术必须不断发展，才能满足其所支持的IT系统不断变化的需求.
前几年，风冷系统通过让冷源更靠 些方法的收益逐渐减少.
多种液冷技术应运而生，从而满足高热密度机柜的散热需求.
3kW 5kW SLMOL 液冷 主动式热管背板 被动式热管背板 带密封装置的列间冷却 外围CRAC，架高地板，密封装置 外国CRAC或AHU 图1.当机架密度超过20kW时，风冷系统会失去有效性，此时可采用液冷方法 热管背板热交换器 入服务器，但它们确实利用了液体的高热传导特性，并采用与直接液冷所需数据中心基础设施类似的设备.
主动式或被动式热管背板热交换器（图2）采用换热器替代IT设备机架的后门.
采用被动式设计，服务器风扇通过安装在机架后 门上的热管背板盘管排出热空气.
盘管会在空气散入数据中心之前吸收热量.
主动式热管背板换热器包含风扇，用于将空气吸入盘 管，从高热密度的机架中带走热量.
这些系统可以构成数据中心混合冷却方案的基础，其中液冷和风冷系统协同工作，冷却不同机架密度混合的应用场景.
此发展 过程的下一阶段是直接式液冷方案.
直接液冷方案的两种最常见的方法是芯片冷板液冷和浸泡式液冷.
VERTIV. 维诉技木 两相冷板液冷的工作过程是，低压冷却液流入冷板换热 器，服务器产生的热量会使冷却液相变.
热量以冷却液汽化形 式从服务器中被带走，然后交换至机架外以便散热.
与热管背板热交换器相比，冷板液冷通常具有更高的换热 能力，且许多公司均提供可与现有和新服务器集成的冷板技术.
但是，这种方法无法带走机架内设备的全部热量.
通常，冷板液 冷可带走机架中设备产生的70-75%的热量，因此需要采用混合 冷却方法.
这是因为冷板覆盖在平坦表面时换热效果最佳，例 如CPU、GPU和存储器模块等，但不适用于电源和IC电容器等 其它组件.
部署冷板液冷的组织应与数据中心基础设施合作伙 伴合作，确定是否可以改造部分风冷系统以支持冷板液冷.
图2.主动式和被动式热管育板热交换器 浸没式液冷 在浸没式液冷方案中，服务器和机架中的其他组件被浸泡 在导热绝缘液体或流体中，这种方法无需风冷冷却，服务器散 芯片冷板液冷 热无需通过风扇带来的空气流动来进行.
此方法可最大化冷 芯片的冷板位于发热组件（CPU、GPU、内存模块）之上， 却液的热传导特性，也是最高效节能的液冷方式.
通过单相冷板或两相冷板来吸收并带走芯片的热量.
与冷板液冷方案一样，浸泡式液冷方案也有单相和两相可 单相冷板液冷使用通过CDU循环进入冷板的冷却液来吸 选.
在单相浸没式液冷系统中（图4），服务器竖直地安装在导 收服务器的热量.
加热后的冷却液被转移到机架外散热，这通 热的绝缘冷却液中，冷却液直接接触服务器的组件并从中吸收 常由CDU来完成.
热量，再通过CDU中的热交换器去降低冷却液温度.
在数据中 心应用时，CDU通常会是安装在液冷Tank附近或机房外部安 流体的选择通过平衡流体的导热性能和粘度来确定.
水 装.
不过也提供将CDU集成到液冷Tank的“微型Tank可供选 可换热能力最好，但其通常与乙二醇混合使用，这样会降低导 择，可为高热密度边缘计算应用场景提供完整的独立冷却解决 热能力，同时又提高了换热介质粘性，提高了循环泵的功率.
方案.
冷板液冷系统还可以使用绝缘冷却液来减轻泄漏造成的损 坏：然而，一般情况下绝缘冷却液的热传导能力要低于水/乙 在两相浸没式液冷中，服务器浸没在绝缘介质中，该冷却 二醇混合物.
表3比较了各种介质的热传导能力.
液沸点足够低，可以带走IT的散热，同时其沸点也要足够 高，可以降低在冷凝盘管中排出热量时的能耗.
服务器的热量 使冷却液沸腾，发生相变.
上升的蒸汽通过位于Tank顶部的盘 介质类型 比热（J/kgK） 体积/kg 焦耳/升 管冷凝回液体，然后借助重力下落回到Tank中.
水（仅供参考） 4182 1L 4182 破化合物 2300 1.24L 1854.8 由于两相液冷系统中使用的冷却液非常昂贵，并且存在环 氟化合物 1300 0.71L 1831.0 境、健康和安全问题，因此通过设计来最大限度地减少两相浸 气体 1000 773.48L 1.3 没式液冷系统的蒸汽流失非常重要.
一种方法是密封Tank， 以防止蒸汽逸出.
表3.按介质显示的相对换热能力 来源：QCP浸淘式冷起IT设备设计指南
