什么是解决数据中心散热问题的新冷却系统?

数据中心冷却系统的重要性

数据中心是现代信息基础架构的核心，负责处理和存储大量数据。但是，集成的高性能服务器和设备会同时产生大量热量。如果管理不当，这些热量可能会导致设备老化和故障，甚至严重影响操作稳定性。因此，数据中心中的冷却系统已不再是简单的辅助设施，而是确保运营可靠性和效率的关键要素。

了解冷却系统的功耗

数据中心冷却能耗在总能耗中占不可忽视的比例。在传统的数据中心中，服务器消耗约50%的电力，电源/冷却系统消耗25~30%，存储消耗约10%。

但是，随着高性能服务器的引入，冷却所需的电力也在增加。这种功耗不仅增加了数据中心的运营成本，而且从环境影响的角度来看也是一个巨大的挑战。

什么是液浸冷却装置?

浸没冷却器是一种创新系统，可直接将IT设备 (如服务器) 浸入冷却液中进行冷却。与传统的空气冷却方法相比，此方法使用具有高导热性的特殊冷却液，可以更有效地去除热量。

传统数据中心冷却系统 (风冷/水冷)

传统的数据中心主要使用空气冷却系统。该系统通过将大量冷气吹入服务器机房来冷却设备。水冷系统也部分使用，通过管道将冷却水输送到设备附近并进行热交换。

液浸冷却装置的原理 (单相式、二相式)

液浸冷却装置主要有单相式和二相式两种。

单相液浸冷却

单相式使用冷却液沸点超过100°C的冷却液，在保持液体状态的同时进行冷却。从电子元件吸收热量的冷却液通过热交换器冷却，然后返回到冷却罐，形成循环。

二相液浸冷却

在二相式中，使用沸点低的冷却液。此方法利用相变，其中冷却液吸收电子元件的热量并蒸发，蒸汽在冷凝器中冷却并返回液体。在此过程中利用潜热，可以实现更高的冷却效率。

与传统冷却系统相比

与传统的空气冷却系统相比，浸没式冷却系统具有以下优点:

1. 更高的冷却效率:液体的热传导率高于空气，因此可以更有效地去除热量。
2. 降低能耗:KDDI的实验表明，与风冷冷却相比，能耗降低了94%。
3. 节省空间:通过减少冷却设备的体积，节省数据中心空间。
4. 安静:无需风扇或大型空调系统，可显著降低操作噪音。
5. 高密度:即使在每机架功耗超过15千瓦的高密度环境中，也能实现高效冷却。

部署挑战

采用浸没式冷却系统也面临着一些挑战:

1. 初始部署成本:冷却液和专用设备价格昂贵，而且初始投资往往很高。
2. 与现有系统的兼容性:旧设备可能无法直接使用，需要进行调整。
3. 维护:处理液体可能会使维护工作更加复杂。
4. 兼容光学连接：传统的光缆和光模块已经很难在浸入式环境中使用，但光迅等公司正在开发兼容浸入式的光模块。此外，一些公司目前正在开发光连接器。

总结

数据中心冷却技术正在快速发展。液浸冷却设备作为一种创新的解决方案而备受关注，可提供更高的冷却效率并显著降低能耗。但是，部署也面临一些挑战，包括初始成本和与现有系统的兼容性。

随着数据中心需求的不断增长和密度的不断提高，液浸冷却设备将发挥越来越重要的作用。随着技术的进步，我们正在努力解决问题，并期望通过在更多数据中心中采用它来提高能效并减少对环境的影响。

参考信息

• 信息社会的进步对能源消耗的影响(第2卷)-数据中心能源消耗的现状和未来预测以及技术问题-(国家科学技术厅低碳社会战略中心，2020年2月)
• 浸没冷却:面向数据中心的终极冷却解决方案-2 (UniPo Corporation)
• 日本电信电话技术期刊“促进碳中和的下一代数据中心项目” (2025年1月)
• KDDI有限公司“将数据中心服务器的液体冷却冷却功率降低94%”(日本开放计算项目，2023年6月)
• Green Revolution Cooling, Inc. ‘Two-Phase Versus Single-Phase Immersion Cooling’, November 13, 2019