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数据中心液冷解决方案

2024

Vertiv

Vertiv数据中心液冷解决方案白皮书

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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。

液冷是必然趋势

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，因为密度提升没有预期的那么快速。尽管如此，这些预测还是激发了对解决方案的广泛研发(RD)，这些解决方案可支持极高的机架密度，最值得注意的是冷板液冷方案和浸没式液冷方案。

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。

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一代架构。例如，在多年保持相对稳定的功率密度之后，英特尔CannonLakeCPU的热功率密度达到了两年前推出的前一代CPU的一倍。

同时，服务器制造商正在将更多的CPU和GPU装入每个机架单元(U)。由于机架内有多个高性能服务器，即使有密封装置，向机架输送冷风的空调系统也无法提供够的冷却能力。此外，在处理密集型应用中，分散计算的策略并不可行，因为即使是在单个服务器中，也存在物理距离带来的延迟挑战。因此，组件被压缩到单个设备内，从而形成高热密集的1U服务器，将机架热密度提高到前所未有的水平。

推动这些技术进步的潜在动力，是人工智能的广泛应用和HPC在科学计算中的大量应用。这些技术正在被部署到数据中心，支持基于云的HPC、金融活动、在线游戏、医疗保健、电影编辑、动画和媒体流。因此，高密度设备机架正在走出小众应用，变得更加主流，这迫使热管理系统要随之演变，以满足新的要求。

这些新技术带来的变化正从多个方面影响着数据中心设计。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。第二是设计采用风冷，但也包含液冷方案，以简化未来过渡过程的数据中心。第三，也是到目前为止最常见的是，数

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，液冷正在成为处理密集型边缘计算站点的可行替代方案。

作为全球热管理领域的佼佼者，基于创新传承和广泛积累的综合能力，维谛技术(Vertiv

作为全球热管理领域的佼佼者，基于创新传承和广泛积累的综合能力，维谛技术(Vertiv)为液冷带来了整体方法，可简化和加速向液冷方案的过渡。我们的产品是多年研发工作的成果，并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：

与大学的能源-智能电子系统中心(ES2)合作，通过液冷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；让我们进一步了解液冷方案部署、冷却液过滤和密封方法；优化液冷系统控制。

积极参与绿色网格(GreenGrid)和开放式计算(OpenComputeProject)项目，帮助制定系统设计和部署的最佳实践，并确保液冷系统组件的兼容性。

与GreenRevolutionCooling(GRC)合作，引入新的浸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以及全液冷数