隨著信息技術的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)處理和存儲的核心設施，其散熱和能效問題日益凸顯。傳統(tǒng)的風冷技術難以滿足數(shù)據(jù)中心高熱密度、高能效的需求。液冷技術作為一種創(chuàng)新的散熱方案，正逐漸受到業(yè)界的關注和青睞。

不同制冷技術PUE對比

液冷技術采用液體替代空氣作為冷卻介質(zhì)，將液體直接或間接接觸發(fā)熱器件，可使散熱效率大幅提升，能夠有效滿足單點、整機柜、機房的高散熱需求。根據(jù)熱器件是否與冷卻液接觸，液冷技術可以分為直接式液冷技術和間接式液冷技術。

直接式液冷技術

直接式液冷技術通過電子設備與冷卻液直接接觸進行熱交換，快速導出設備產(chǎn)生的熱量，其優(yōu)點在于高傳熱效率和低能耗。直接式液冷技術分為浸沒式液冷技術和噴淋式液冷技術，浸沒式液冷根據(jù)冷卻液的性質(zhì)又可分為單相液冷和兩相液冷。

（1）單相浸沒式液冷技術

單相浸沒式液冷技術是利用冷卻液的比熱容吸收熱量，主要優(yōu)點是換熱效率高、結構簡單，不會產(chǎn)生冷卻液的逸散，對設備的密封性能要求低。單相浸沒式液冷技術通常使用高沸點的冷卻液，這類冷卻液不發(fā)生相變，同時需要具有高絕緣、低黏度以及良好的兼容特性，例如氟碳化合物和碳氫化合物（礦物油、合成油等）。

單相浸沒式液冷系統(tǒng)架構（臥式）

（2）兩相浸沒式液冷技術

兩相浸沒式液冷技術是利用冷卻介質(zhì)的沸騰相變潛熱帶走熱量，當達到冷卻介質(zhì)的沸點時，在服務器表面發(fā)生沸騰相變帶走熱量，沸騰產(chǎn)生的蒸汽到達冷凝端完成冷凝，經(jīng)過循環(huán)管路回到蒸發(fā)端。常用的冷卻介質(zhì)為低沸點、高潛熱的氟化液。兩相浸沒液冷兼具高節(jié)能、高散熱的技術優(yōu)勢，可同時滿足高功率芯片的散熱需求。

兩相浸沒式液冷系統(tǒng)架構（立式）

（3）噴淋式液冷技術

噴淋式液冷技術是在機箱頂部儲液和開孔，根據(jù)發(fā)熱體位置和發(fā)熱量大小不同，讓冷卻液對發(fā)熱體進行噴淋降溫。相比于浸沒式液冷，噴淋式液冷的每臺服務器獨立化液冷設計，不需要改變現(xiàn)有的機架式服務器部署形態(tài)。噴淋式液冷所需的冷卻液總量較少，降低了對建筑承重的要求，目前噴淋式液冷采用較多的冷卻液是硅油、礦物油或植物油等，相比于浸沒式液冷用電子氟化液成本較低。

噴淋式液冷系統(tǒng)架構

間接式液冷技術

間接式液冷主要是冷板式液冷。冷板式液冷系統(tǒng)利用特制的冷板（通常由高導熱金屬如銅、鋁制成一個封閉腔體）作為熱量傳遞的媒介，間接地將電子元件產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻液，在循環(huán)泵作用下熱量被冷卻液轉(zhuǎn)移到外界散熱裝置并進一步冷卻，這種設計有效實現(xiàn)了熱量的高效傳導和散熱。在整個冷卻過程中，液冷冷板作為將服務器內(nèi)熱量傳遞到冷卻液中的主要部件，在保證液體不直接接觸服務器設備并安全運行的同時，通過不同類型的鏟齒結構將主要散熱部件的熱量傳遞到液體中，并通過機房內(nèi)二次管路返回至CDU中。CDU作為高溫液體與低溫液體的換熱站，在CDU內(nèi)循環(huán)泵和換熱器等部件的作用下，將低溫液體再輸送回液冷冷板并進行再一次的循環(huán)。

冷板式液冷原理示意圖

液冷散熱技術與傳統(tǒng)風冷方式相比，展現(xiàn)出卓越的散熱優(yōu)勢，主要包括：

（1）傳統(tǒng)風冷散熱面對高功率服務器，其散熱能力已經(jīng)達到瓶頸。目前，各國都在訓練和研究AI算法及大模型，這離不開高功耗算力芯片服務器的支撐。

（2）傳統(tǒng)風冷散熱依賴冷空氣為數(shù)據(jù)機房降溫，而液冷散熱則通過冷卻液直接或間接吸收IT設備熱量。由于冷卻液在密度、比熱容和導熱系數(shù)上均顯著優(yōu)于空氣，所以液冷的散熱性能優(yōu)于風冷。

（3）液冷散熱系統(tǒng)相對于風冷散熱系統(tǒng)，在達到相同的散熱效果時，液冷散熱系統(tǒng)具有低能耗的環(huán)保特性，能夠助力國家實現(xiàn)“雙碳”目標。

（4）液冷散熱系統(tǒng)在實現(xiàn)數(shù)據(jù)機房余熱回收再利用方面比風冷散熱系統(tǒng)更具優(yōu)勢，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的余熱回收效果以及更多的余熱回收量。

參考來源：
吳丹萍：液冷技術在數(shù)據(jù)中心的應用分析
蔣紹輝等：數(shù)據(jù)中心液冷技術的應用研究進展
郭銀杰等：數(shù)據(jù)中心冷卻技術發(fā)展綜述
嚴勁等：數(shù)據(jù)中心液冷散熱技術及應用