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液冷服務(wù)器可以有效降低PUE值

    目前,冷板式的液冷技術(shù)已經(jīng)比較成熟,具備了產(chǎn)業(yè)化的可行性。但對(duì)于更具革命性的浸沒(méi)式液冷技術(shù),仍然處于發(fā)展初期。據(jù)了解,液冷服務(wù)器的用戶主要還是大型數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算中心,這些用戶對(duì)于高密度擴(kuò)展、綠色節(jié)能、機(jī)房靜音的需求比較迫切,已經(jīng)有一些用戶開(kāi)始使用液冷服務(wù)器,不過(guò)對(duì)于企業(yè)級(jí)應(yīng)用,無(wú)論是普通的服務(wù)器,還是大型數(shù)據(jù)中心,液冷技術(shù)的普及之路還剛開(kāi)始。

高密度數(shù)據(jù)中心發(fā)展至今,迫切需要解決的問(wèn)題是降低PUE值。隨著電子信息機(jī)房IT設(shè)備和供配電系統(tǒng)的高度集成化,機(jī)房散熱量日漸趨高,必須要有強(qiáng)大的制冷系統(tǒng),來(lái)維持機(jī)房的環(huán)境溫度能保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)。從圖1中可以看出,電力在數(shù)據(jù)中心的消耗僅有33%供給了IT負(fù)荷,散熱負(fù)荷卻高達(dá)63%,也就是說(shuō),散熱負(fù)荷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了IT設(shè)備的負(fù)荷。這意味著,降低IT設(shè)備的發(fā)熱量,可相應(yīng)地降低散熱負(fù)荷,也就是降低了用于制冷設(shè)備的電力,這對(duì)于降低PUE值是一個(gè)關(guān)鍵的因素。

在現(xiàn)代電子信息機(jī)房中,空調(diào)負(fù)荷主要來(lái)自計(jì)算機(jī)主機(jī)設(shè)備、外部輔助設(shè)備的發(fā)熱量,這些發(fā)熱量大約占機(jī)房空調(diào)總熱量的80%~95%,而在計(jì)算機(jī)主設(shè)備(包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等)中,服務(wù)器所產(chǎn)生的熱量約占到80%左右。可見(jiàn),降低服務(wù)器的發(fā)熱量,從而降低制冷系統(tǒng)的能耗是至關(guān)重要的。

目前,很多數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器散熱采用風(fēng)冷技術(shù),即用空氣來(lái)冷卻�？諝獠⒉皇呛芎玫睦涿�。若采用液冷,其冷卻效果比空氣強(qiáng)1000~3000倍。風(fēng)冷所不能解決的高能耗、低性能的問(wèn)題,用液冷技術(shù)卻可以得到顯著的改善。服務(wù)器也因此實(shí)現(xiàn)了高密度、低噪音、低傳熱溫差、全年自然冷卻的效果。

液冷是利用工作流體作為熱量傳輸?shù)拿浇?將熱量由熱區(qū)傳遞到遠(yuǎn)處再進(jìn)行冷卻。由于液體比空氣的比熱大很多,散熱速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣,因此制冷效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱,由于省去了風(fēng)扇,也能達(dá)到降低噪音的效果。

液冷服務(wù)器不用壓縮機(jī)制冷,使得整個(gè)系統(tǒng)全年P(guān)UE值下降到1.2以下并非難事,同時(shí)服務(wù)器CPU可超頻運(yùn)行,計(jì)算性能可提高12%。國(guó)外研究表明,CPU核溫每提高10℃,可靠性降低一半。而液冷服務(wù)器的CPU核溫比風(fēng)冷極限溫度可低20~30℃,可靠性必將大大提高。

液冷服務(wù)器的原理制冷系統(tǒng)的制冷原理主要在于冷量傳輸?shù)耐緩讲町�。冷媒的全熱為顯熱與潛熱之和。濕熱是液體在加熱或冷卻過(guò)程中,溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài),所需吸收或放出的熱量時(shí),不發(fā)生相變;而潛熱是相變潛熱的簡(jiǎn)稱,為單位質(zhì)量的物質(zhì)在等溫等壓情況下,從一個(gè)相變化到另一個(gè)相時(shí),所吸收或放出的熱量。這是物體在固、液、氣三相之間以及不同的固相之間相互轉(zhuǎn)變時(shí)具有的特點(diǎn)之一,固、液之間的潛熱稱為熔解熱或凝固熱,液、氣之間的潛熱稱為汽化熱或凝結(jié)熱,而固、氣之間的潛熱稱為升華熱或凝華熱。

對(duì)于超高功率密度的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō),風(fēng)冷技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高效散熱,而水冷或液冷有兩大好處:一是把冷卻劑直接導(dǎo)向熱源,而不是像風(fēng)冷那樣間接制冷;二是和風(fēng)冷相比,每單位體積所傳輸?shù)臒崃?散熱效率)比風(fēng)冷高幾千倍。

由于液體的比熱容大,能吸收大量的熱量而保持溫度不會(huì)有明顯的變化,液冷系統(tǒng)中CPU的溫度能夠得到很好的控制,突發(fā)的操作不會(huì)引起CPU內(nèi)部溫度瞬間大幅度的變化,因此能允許CPU進(jìn)行超頻工作,從而節(jié)省服務(wù)器的數(shù)量。此外,由于泵的噪聲很小,整個(gè)液冷系統(tǒng)的噪音比與風(fēng)冷系統(tǒng)小很多,可達(dá)到“靜音機(jī)房”的效果。此外,由于省掉了風(fēng)扇及機(jī)房專用空調(diào)系統(tǒng),因此節(jié)省了電費(fèi)和耗能。

該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于超高功率密度數(shù)據(jù)中心中服務(wù)器的散熱,為數(shù)據(jù)中心的散熱問(wèn)題提供一個(gè)優(yōu)異的解決方案

值得一提的是,服務(wù)器的液冷技術(shù)并不需要昂貴的水冷機(jī)組,在減少總體擁有成本的同時(shí),顯著提高了數(shù)據(jù)中心的能源效率,而且做到了綠色環(huán)保。它還可以控制運(yùn)營(yíng)成本,使初始投資實(shí)現(xiàn)快速回報(bào)。這在那些高電力成本、高運(yùn)營(yíng)成本的數(shù)據(jù)中心顯得尤其重要。

使用液冷系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯。服務(wù)器前部必須要保持25℃以下才能穩(wěn)定工作,精密空調(diào)想要保持這個(gè)溫度,必須在空調(diào)冷風(fēng)口達(dá)到18~20℃,而液冷媒只要能達(dá)到20~25℃就可以。另一方面,遠(yuǎn)程制冷的效率比較低,而液冷媒在相對(duì)封閉的運(yùn)行環(huán)境中,效率較高。

形象地理解,液冷設(shè)備與精密空調(diào)的區(qū)別,就像冰箱制冷與冷庫(kù)制冷的區(qū)別。對(duì)機(jī)房來(lái)說(shuō),液冷媒將每個(gè)機(jī)柜包裝成為一個(gè)“冰箱”,而精密空調(diào)則把整個(gè)機(jī)房制冷視為一個(gè)“冷庫(kù)”,其能耗的差別不言而喻。使用液冷技術(shù)節(jié)能的效果不僅僅在于制冷方面,液冷技術(shù)有一個(gè)與眾不同的系統(tǒng),叫Freecooling(自然冷卻系統(tǒng))。液冷媒的進(jìn)口溫度需要低于15℃,而當(dāng)環(huán)境溫度低于15℃時(shí),就可以不需要通過(guò)循環(huán)制冷來(lái)制冷液體,僅僅用自然冷量制冷即可。這一切都是自動(dòng)調(diào)節(jié)的,不需要人工操作。使用液冷系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯。