（清华大学）中国新能源产业培训班<总裁班>
（舒印彪，高纪凡，史玉波...）
2024年12月28-29日 常州
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液冷最初只是一项边缘技术，但如今已越来越普遍。支持者希望浸没式冷却也能如此。
随着人工智能和高性能计算带来更高的热量，传统的空气冷却方法已无法应对。散热器和风扇曾经能有效冷却服务器CPU，但如今CPU功耗已达400瓦，GPU达700瓦，传统组合已不再足够。
液体冷却是一种可行的替代方案，因其吸热率高于空气，能够处理更高温度的负载。最常见的液体冷却方法包括直芯片冷却和后门热交换，两者均使用液体带走热量，但不使设备直接接触液体。然而，浸没式冷却不同，硬件直接被浸入液体中。
▌什么是浸没式冷却？
浸没式冷却与其他液冷方法的不同之处在于，它是将昂贵的电子设备直接浸入液体槽中。所用液体为不导电的介电液，如矿物油等，因此不会损坏设备。
与传统液冷相比，浸没式冷却有多个优势。首先，不需要泵，硬件直接浸入液体，减少电力消耗。其次，液体与设备直接接触，冷却效率更高，效果更好。因此，浸没式服务器的电源使用效率 (PUE) 非常高。一般来说，液冷系统的PUE可降至1.1，甚至更低。
▌浸没式冷却的类型
浸没式冷却分为单相和双相两种。
单相浸入式冷却是最简单的类型。它涉及将电子元件浸入介电液体中。元件产生的热量直接传递给液体，然后通过热交换器冷却。在单相环境中，槽是开放的，硬件容易接触。
双相浸入式冷却更复杂。它涉及将电子元件浸入沸点低于单相冷却液体的介电液体中。当液体沸腾时，它转化为蒸气，在槽内上升。在双相冷却中，槽是封闭的。蒸气冷却并凝结，重新回到液体中。
▌何时使用浸没式冷却
数据中心可选择空气冷却、液冷或浸没冷却。空气冷却适用于机架密度较低的场景，约为20千瓦/机架，而在高于30千瓦的负载密度时，尤其是AI等计算密集型应用场景，液冷或浸没冷却更合适。空气冷却消耗大量水资源，数据中心每年使用6600亿升水来降温。浸没冷却则更符合环保需求。
对于空气冷却，决定因素是机架密度。使用传统散热器和风扇方法的冷却适用于机架密度约为 20 kW 的场景，这适合绝大多数工作负载。数据库服务器或文件服务器不会运行得特别热。
在超过 30kW 时，空气冷却无法吸收所有热量。这就涉及到计算密集型负载，如 HPC 和 AI，这些过程以满负荷长时间运行。
“这可能是您看到对液体冷却如此感兴趣的最大原因，现在这种需求显然是由 AI 驱动的。”
空气冷却使用了大量的水来进行空调制冷，数据中心是制冷用水的最大用户之一，“据说说每次 ChatGPT 请求都会消耗一瓶水”。
直接芯片冷却的一个阿喀琉斯之踵是您仍然需要空气冷却。而且每次硬件更新时，都必须在电路板级别重新设计直接芯片系统，这意味着每次更新大约需要更换一半的资本支出。
浸入式冷却显然更适合新建项目。并不是说它仅适用于新建项目，但它显然更适合新建项目和模块化，因为可以几乎完全消除围绕空气冷却的所有基础设施，从而使经济性非常高。
▌浸入式冷却的缺点
但也存在一些缺点，其中之一浸入式冷却并不是可以直接添加到现有数据中心基础设施中的东西。
任何类型的液体冷却都需要改造。这就是为什么后门热交换器在短期内很受欢迎，因为您可以冷却一些较高的密度，而无需对整个数据中心进行大规模改造。后门冷却直接连接到现有机架的后面，您不需要重新设计，只需将其连接到冷却剂上即可。
另一个问题是占用空间。槽可以堆叠得和标准数据中心机架一样高，由于不同供应商的大小各不相同，您可能会失去楼层空间，导致容量低于预期。
“我曾在一个使用液体浸入式冷却的数据中心中，他们因冷却槽而损失了约 50% 的楼层空间。”
浸入冷却过程涉及将主板浸入液体槽中，而不是整个机箱。HPE、Dell Technologies 和 Lenovo 并不销售主板，而是销售机架外壳。Dell 的副总裁兼高级专家 Ty Schmitt 表示，公司有一个 OEM 业务部门，直接与其浸入式冷却合作伙伴合作，将现有 Dell 服务器改造成适合浸入系统的硬件。
▌浸没式冷却的发展潜力
浸没冷却市场仍在起步阶段。数据显示，2022年全球浸没冷却市场规模为1.97亿美元，预计2023至2030年复合年增长率为22.6%。业内表示最大挑战在于文化认知，IT管理人员需要接受将主板浸入液体的想法。预测液冷和浸没冷却市场将在未来三年内实现两位数增长。
大数据中心供应商也开始关注浸没冷却，预计未来两年内它们将提供空气冷却、直芯片冷却和浸没冷却的多样化选择。
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