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“相变氟化液”和“单相合成油”是当前两种最主流的浸没冷却液。但它们一个面临环保政策的不确定性，另一个则存在材料的兼容性风险。而材料大厂陶氏借助分子杂化技术给出了新的解决方案，他们于近期开发出了性能更为均衡的全新单相浸没冷却液——陶熙TMICL-1000
01
2058年的“热管理”方案
记得大刘在19年《流浪地球1》刚上映那会儿接受过一个采访，当时他就说：
“科幻”不是“玄幻”，不管写小说还是拍电影，都应该根据真实的科学理论来讲述“可能实现的”未来……（http://www.chinawriter.com.cn/n1/2019/0224/c404030-30898790.html）
现在看来这话显然是被郭帆导演听进去了——
到了拍摄《流浪地球2》的时候，他不仅拉来了众多现实中的高技术厂商做背书，更是力求在电影中出现的各种“未来科技”都尽量参照相关领域的技术路线图来做设定。
当然最后出来的效果也的确非常“炸裂”，大量炫酷又不失严谨的“黑科技”极大提升了电影的质感。
而那台泡在“水”里的AI超级计算机550W，无疑就是诸多未来黑科技当中最“硬核”的一个！
要说剧组能想到把550W设定成这种“泡水”的形态说明还真是做足了功课。因为这里面涉及到了一个外行人士根本就注意不到的问题——
别说图丫丫这种具有完整一生的“数字生命”了，就算还只是处在“会聊天”层次的ChatGPT，现在训练它一次微软的Azure云就要动用上万枚英伟达的A100 GPU，同时消耗掉超过19万度电！
如此巨量的功耗，意味着系统的降温散热工作也会变得极其繁重。
（https://www.huxiu.com/article/811823.html）
然而偏偏当前主流的服务器“热管理”方案还都停留在风冷和水冷板的阶段，虽说它们也都能有效降低芯片的温度，但这些设备本身消耗的电量就足够惊人了！有资料就显示，在目前的数据中心里，真正干活的IT设备其实只用了45%的电；反倒是给IT设备降温的散热系统，耗电量竟然高达总能耗的43%！
如此低效的“热管理”方案别说用在2058年的550W了，就算是用在今天的ChatGPT上也会让微软对巨额的电费感到“肉疼”吧！![]()
正是基于这样的认知，电影才将550W设定成了那个泡在“水”里的形态。而它的技术原型，就是当前产业界颇为关注的一种新型“热管理”方案——
要说这种方案的思路倒也非常简单——既然风冷和水冷板太费电，那就把它们都“砍”掉；至于计算机里那些滚烫的发热组件嘛，直接“泡”在“氟化液”材质的冷却液里不就完事了～（https://www.gigabyte.com/tw/Glossary/immersion-cooling）
因为“氟化液”这种材料不仅绝缘性好，而且化学惰性也很强，电路板泡在里面不会有任何问题。
最关键的是它的相变点（其实就是沸点😝）还可以低至40~50℃，所以一旦泡在其中的芯片开始发烫，它周围的氟化液就会立刻沸腾，进而以液气“相变”的方式极其高效地带走芯片的热量！
（https://www.gigabyte.com/tw/Glossary/immersion-cooling）从近一段时间头部服务器大厂们的测试数据来看，这种采用了“相变”氟化液的浸没式液冷方案还真是相当给力——
原本占据了半壁江山（43%）的热管理能耗被急剧压缩到只剩个零头（3%）；而宝贵的电能，也终于最大限度地（96%）作用在了正经的算力上！👇
（https://www.sugon.com/product/226.html）
只不过，既然都被设定成了2058年的“未来技术”，那么也就意味着至少是在现阶段，这个“相变”氟化液的浸没式液冷方案还不是谁都能驾驭得了的！别说那些散落在民间的普通用户了，就连不差钱也不差高科技的某个美国“大机构”，之前在尝试了这种方案之后都“翻车”了……02
“氟化液”的是与非
事情的源头还要追溯到2010年。当时哥本哈根世界气候大会刚开完，美国就带头出台了一系列节能减排的新法令。
一方面是为了响应环保号召，另一方面也的确是计算需求增长得很快，所以当时美国某个经常在全世界呼风唤雨的“大机构”就计划对自家的数据中心来一个升级改造。
而在众多改造方案里，他们一眼就相中了这个热管理效率极其给力的“相变”氟化液浸没式液冷方案！
（Immersion Cooling of Electronics in_Henry Coles）
但让人意想不到的是，项目在运行一年后，“验收报告”给出的结论却让人喜忧参半——
喜的是“相变”氟化液的确在热管理上很有一套。本来他们的目标只是将能效提高50%，但没想到最后这套浸没式液冷系统以73%的成绩超额完成了任务！
而忧的，则是“相变”氟化液的损耗也远远超出了他们的预期……😓（Immersion Cooling of Electronics in _Henry Coles）
从传感器的记录来看，在300天的时间里氟化液的高度一直在下降，如果刨去中途的补充，最终损失掉的“相变”氟化液高达87升！这一方面是因为计算机每次维护都要打开液冷箱，而箱体内“相变”成蒸汽的氟化液就会趁机大量逃逸；另一方面则因为氟化液的表面张力极低，属于极易泄露的液体，一般等级的密封方案根本就“封”不住它……
（数据来源：immersion cooling of Electronics in_Henry Coles）
再加上氟化液本身就比较“金贵”，每升成本高达75美元，所以300天下来有价值6525美元的“相变”氟化液就这样白白“跑掉”了！
反观这期间计算机的耗电量是19667度，每度电0.09美元，满打满算正经的电费也才花了1770美元而已……这不就是妥妥的“主角”还不如“龙套”开销大的节奏了吗！😅
（数据来源：immersion cooling of Electronics in_Henry Coles）
更让人挠头的是，那段时间整个氟化工行业好像都处于“水逆”之中——
先是氟类产品重要的上游原物料PFOA（全氟辛酸）被爆会致癌，并且在2015年被美国环保部门全面“封杀”！
紧接着2016年，更上游的PFAS（全氟和多氟烷基物）也同样被发现可能致癌。甚至有媒体爆料，当时已经有超过1600万美国人民受到了这种氟化工产品的“毒害”……2016年氟化液的重要原物料PFAS的毒性开始受到关注
（https://www.pbs.org/newshour/science/pfas-toxic-chemical-millions-peoples-drinking-water）
但问题是，这个PFAS可称得上是整个氟化工行业的基础原物料，如果它也“塌房”那影响可就真的大了去了！
别说浸没式液冷用的“氟化液”了，到时候估计就连做饭用的不粘锅都买不到了吧！😓（https://zhuanlan.zhihu.com/p/159280196）
于是乎，出于对这种环保政策风险的担忧，再加上“氟化液”使用起来的整体成本也的确不低，
所以到了2017年，当这家美国“大机构”准备继续升级自家更多数据中心的时候，就义无反顾地从“难搞”的“氟化液”，转向了另一种主打“健康环保又便宜”的材料方案——
03
“单相”合成油的“小问题”
和“相变”氟化液比起来，“单相”合成油的浸没式液冷方案看着就非常接地气了——
一堆电路板静静地泡在“油槽”里面，完全没了550W那种炫酷的“科幻”感。模块化数据中心的“单相”浸没式液冷
（https://www.grcooling.com/learning-center/usaf-containerized-data-center）
而它的原理也同样接地气——
就和我们夏天买了西瓜要泡在水里“冰镇”一下的思路一样，都是让低温液体流过高温物体表面带走热量。
因为它的沸点远远高于芯片的工作温度，自始至终只会以“液相”这一个状态示人，所以就被称为了“单相”合成油。
由于“单相”合成油是一种由石油精炼出来的中短链烯烃，本质上和我们平常保养汽车用的“机油”是同一种东西，所以它既不会有明显的挥发，也几乎没有毒性。
再加上介电强度足够大，用它来“平替”氟化液是妥妥的没问题！“单相”合成油可以近似理解为超低粘度的“机油”
当然，“单相”合成油也有自己的短板，它的能效基本上处在PUE1.02~1.09的水平，和“相变”氟化液的PUE1.01~1.02比起来还是有一点差距的。（https://www.gigabyte.com/Article/two-phase-and-single-phase-liquid-immersion-cooling）
不过这样的热管理效率对于那个美国的“大机构”来说已经完全够用了。
他们更关心的是数据中心的日常维护省不省心，以及在遇到突发事件的时候能否在24小时之内就快速部署到各种复杂的环境中去！
毕竟他们需要经常飞赴全球各地处理各种事务，如果数据中心的架设和维护还要花很多时间可就要耽误事了～（https://www.grcooling.com/learning-center/usaf-containerized-data-center）
而“单相”合成油也的确没让他们失望——
因为不需要“相变”氟化液那种复杂的密封和冷凝设备，所以整个“单相”浸没式液冷系统就简单了很多，无论是搭建难度还是维护成本都随之大幅度降低。
更重要的是，虽然在合成油里“泡”了整整三年，但各种电子元器件的性能依然保持了很好的状态，整个数据中心的故障率接近于0%！
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（Reliability Considerations for Oil Immersion-Cooled Data Centers_Jimil M. Shah）
唯一的“小问题”，就是印在元器件表面的字被合成油冷却液给“泡没了”……
（Reliability Considerations for Oil Immersion-Cooled Data Centers_Jimil M. Shah）其实这个情况人们早有心理准备，毕竟烯烃类的“单相”合成油也是一种有机溶剂，“溶解”掉一些同为烯烃体系的聚合物是再正常不过的事情。
（Reliability Considerations for Oil Immersion-Cooled Data Centers_Jimil M. Shah）
只不过大家心里也很清楚，类似这种问题的定性属于“可大可小”——
如果单看印刷字溶解消失的确是“小“问题；但是如果考虑到诸如线缆之类的橡塑材料也同样可能被溶解的话，那问题可就“大”了！
（https://www.grcooling.com/learning-center/usaf-containerized-data-center）比如大量用在连接线上的PVC护套，它之所以柔韧有弹性，主要是因为里面添加了增塑剂。
但是有研究发现，增塑剂在遇到合成油冷却液之后是会慢慢溶解出来的。直接的影响就是PVC的模量缓慢升高，时间一久就会变得又硬又脆！
这种状态下的线缆如果一直保持静止状态倒也不会有什么问题，但就怕哪天数据中心又要重新布线，那么线缆外层的PVC护套在外力的作用下就很可能出现开裂……（Reliability Considerations for Oil Immersion-Cooled Data Centers_Jimil M. Shah）
而对于这个问题，现在也终于有了解决方案。
在明天（4月13日）开幕的“慕尼黑上海电子生产设备展”上，我们大概率会在陶氏的展台看到一款全新的“单相”浸没冷却液。
陶氏将于2023慕尼黑上海电子生产设备展展出的“单相浸没式液冷”方案
这就是专门针对“单相”合成油的“兼容性”问题的开发出来的冷却液新产品——
陶熙TMICL-1000“单相”浸没冷却液！
04
陶熙TMICL-1000单相浸没冷却液
话说材料之间之所以会有“兼容性”问题，无非就是“相似相容”原理在发挥作用。
比如烯烃类的“单相”合成油能溶解相同体系的EPDM橡胶，但是却与硅橡胶相安无事；反过来硅油对于其他体系的各种橡胶都非常安全，却唯独会“泡烂”有机硅体系的硅脂垫片。
既然如此，陶氏开发陶熙TMICL-1000的思路也就很清晰了——
将其它体系的材料和有机硅“嫁接”起来，创造出一种与现有材料体系都不一样的“全新”冷却液！
经过为期一年的测试，各种数据都验证了陶熙TMICL-1000优良的兼容性：
比如他们曾将一款2200μF电容分别浸泡在了“单相”合成油和陶熙TMICL-1000之中，结果发现“单相”合成油中的电容重量出现了一波明显的起落！与之相对的就是浸泡在陶熙TMICL-1000中的电容重量的曲线一直保持了非常稳定的走势。👇
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这是因为这款电容的密封用的是EPDM橡胶，这种橡胶在遇到合成油后会吸收并“溶胀”，电容自然也就随之变重；但随着时间的流逝EPDM橡胶开始“溶解”流失，所以电容的重量就又出现了回落。
反观陶熙TMICL-1000，因为它不会与EPDM橡胶发生任何“纠葛”，所以电容的重量自然也就没有什么太大的波动了！
此类实验随后有覆盖到了计算机中经常出现的多种材料，最后得出结论——
陶熙TMICL-1000冷却液对绝大多数高分子聚合物都有很好的“兼容性”！
当然了，光是“兼容性”好是不够的，做为一款冷却液它的“热管理”性能也同样重要。
从产品规格书看来，“嫁接”出来的陶熙TMICL-1000冷却液不仅保留了合成油的低密度和低粘度，而且通过更高的导热率获得了一个更高的传热优值！
（DOWSIL ICL-1000及某单相合成油冷却液TDS数据）
因此可以说，与“单相”合成油、“相变”氟化液对比起来，陶熙TMICL-1000“单相”浸没冷却液在几乎各个重要指标上都取得了相对不错的平衡！
正因如此，在2022年11月发布的R&D100 Awards榜单中，这款陶熙TM ICL-1000单相浸没冷却液也就名正言顺地光荣入选！
考虑到这个奖项只颁发给那些“技术意义重大，而且已经商业化”的产品，那么我们应该可以认为，这是一款足以代表当前“浸没式液冷”技术最高水平的冷却液了吧！
（https://www.rdworldonline.com/rd-100-2022-winner/dowsil-icl-1000-data-center-immersion-cooling-fluid/）
世界正在飞速地变化，距离震惊世人的ChatGPT3.5首次亮相不过刚刚过去几个月，没想到更加让人震惊的GPT-4就马不停蹄地面世了！
按照这个节奏，没准2058年还没到，现实中的“550W”就已经将具有完整一生的“图丫丫”带到了我们身边了吧。
而此时陶氏的陶熙TM ICL-1000横空出世，也算是“浸没式液冷”这个超级计算机的“好基友”正努力跟上时代脚步的一个小小佐证吧！篇幅所限，本文到此为止。更多详细资料敬请扫描作者微信二维码索取！
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