数据中心冷却技术的6大创新

冷却系统是数据中心最重要的组件之一。它们通常消耗数据中心总能量的一半左右，并且是维持安全操作环境所必需的。美国供暖、制冷和空调工程师协会 ( ASHRAE ) 热指南建议服务器入口的理想温度在 64.4° F 到 80.6° F 之间，相对湿度在 40% 到 60% 之间。如果未达到理想温度，IT 设备可能会发生故障，导致代价高昂的损坏并增加停机时间。虽然传统的数据中心冷却系统通常涉及 CRAC/CRAH 单元，但近年来出现了许多创新，使数据中心冷却更加高效且成本更低。

以下是现代数据中心冷却技术的一些顶级创新：

1.直接芯片冷却

液体冷却是一项显着改变了数据中心冷却方式的创新，是当今最流行的冷却技术之一。有许多不同的液体冷却系统，每一种新的创新都能提供更高的效率。直接芯片冷却是一种更新的液体冷却技术，其中液体冷却剂通过管道输送到芯片。冷却剂吸收芯片的热量并将其带走，直接冷却处理器。直接芯片冷却被认为是数据中心散热最有效和最高效的方法之一。

直接芯片冷却有很多好处，首先是降低能耗，因为液体冷却减少了高达 90% 的所需气流量。此外，液冷的承载能力比传统风冷高出3500倍。另一个好处是提高了处理能力，因为由于更精确的目标冷却，设备可以支持更大的芯片密度。此外，更有效的散热需要更少的设备空间。最后，由于冷却保持在机柜内部，因此不需要行内冷却装置。这对应于设备过热的可能性较低，而设备过热是数据中心停机的主要原因。

2.两相浸没冷却

液冷已经改变了数据中心的冷却系统，并成为当今最流行的冷却技术之一。有许多不同类型的液体冷却，并且正在开发更多创新来增强这种相对较新的技术。两相液浸冷却涉及将电子元件浸没在介电传热液体浴中。这种流体的沸点为 50° C，是比空气、水或油更好的导热体。由液体和发热部件之间的相互作用形成的蒸汽被动地促进热传递。2021 年，微软测试了一种两阶段沉浸技术，使其成为第一家在生产环境中运行两相浸入式冷却的云提供商。该公司正在试验在海洋中部署数据中心“吊舱”，以更接近由可再生能源供电且部署时间短的自我维持数据中心单元。

两相浸入式冷却有很多好处，首先是更高的效率和节能。与风冷相比，这种冷却技术在数据中心具有 >90% 的效率优势。此外，由于组件不受温度变化的影响，因此该技术提高了可靠性。因此，由于不需要冷却风扇，因此降低了潜在的故障，而冷却风扇通常会因振动而导致性能下降。两相浸没式冷却还具有更高的计算密度，因为不再需要占用相对较大空间的散热器和冷却风扇。然后可以将设备放置得更近，在同一空间内将计算能力提高多达 10 倍。

3.地热降温

地热冷却是一项已经存在了相当长一段时间的技术，但没有多少数据中心利用它的低成本和环保优势。这种冷却系统类似于空调或空气源热泵，因为热量从数据中心内的空气中吸收并转移到另一个区域。然而，地热热泵使用地面作为其散热器，而不是像传统空调那样将空气排放到室外。该系统使用充满水和/或冷却剂的闭环管道系统实施，该管道系统穿过充满传热填充物的垂直地下井。该系统的一些组件包括一个室内处理单元和一个连接地下水源的埋地管道系统。当水被抽上来时，这些组件被激活，

地热冷却可降低运营成本，因为热泵系统不燃烧燃料并提供高达 5:1 的电力利用率。据报道，与传统供暖或制冷系统相比，热泵的用电量减少了 25% 至 50%。这也使其更加环保，因为这些泵不消耗任何化石燃料，而且它们比传统的 HVAC 设备使用寿命更长。此外，从长远来看，地热冷却可以节省资金，因为与涉及每月运输燃油和丙烷的其他系统相比，它的运营成本非常低。与维护相关的成本也较低，因为维护的频率低于传统 HVAC 系统。

4.微通道液冷

微通道液体冷却是直接到芯片液体冷却的扩展，增加了直接针对 CPU、GPU 和内存模块的冷板。在散热前提下运行，密封金属板将设备中产生的热量传播到小的内部流体通道中。这种技术为大表面积提供冷却，而小的流体通道促进流动的冷却剂和加热表面之间的相互作用。

这种类型的冷却对数据中心越来越有利，因为它通过增加热交换器中的翅片与周围空气之间的空气侧热传递来提高性能。据报道，整体传热性能v 提高了 20% 到 40%，同时空气侧压降急剧降低。换热器的尺寸也缩小了 10% 到 30%，重量减轻了 60%，从而减少了数据中心的占地面积。这种冷却方法还降低了成本，因为制冷剂和材料成本更少。

5.微对流液冷

微对流液体冷却在紧凑型冷却模块中使用大量小型流体射流，从而改变了芯片级的冷却性能。该技术旨在提高具有最密集计算配置文件的应用程序的性能。当微对流冷却促进垂直流到设备上时，会产生高效的湍流，从而产生热量。这增加了用于散热的传热系数，因此消除了热界面材料的使用。

由JetCool创建的微对流液体冷却是革命性的，因为它可以冷却一些最强大的处理器。据报道，该技术每年可为数据中心节省高达8% 的能源成本和高达 90% 的水成本。它的开发是为了应对数据中心使用的大量能源，因为它们每年使用地球总能源的 3%。在这 3% 的能源中，40% 的能源被冷却基础设施消耗，以确保处理器和其他设备的效率。微对流液体冷却虽然是一项相对较新的技术，但有望促进数据中心利用能源的方式发生重大变化。

6.校准矢量冷却（CVC）

校准矢量冷却 (CVC) 由IBM于 2005 年设计，用于其刀片服务器系列和其他靠近其计算设备的产品。CVC 涉及将冷冻空气传递到具有最高温度的高密度系统的部分。这可以降低设备温度并限制冷却设备所需的内部冷却风扇的数量。CVC 大大提高了冷却技术的效率，因为它改进和优化了计算机和服务器系统中的冷空气流动。因此，可以更好地在整个数据中心分配电力，因为只有需要冷却的设备才会冷却，而不是不管其温度如何都冷却所有设备。