✦
算力持续增加对散热技术提出新要求
液冷是有效解决方案
为了应对网络处理性能的挑战，数据中心服务器及通信设备不断提升自身处理能力和集成度，带来了功率密度的节节攀升。这些变化除了带来巨额能耗问题以外，高热密度也给制冷设备和技术提出了更高要求。传统风冷技术面对高热密度场景呈现瓶颈，散热效率已经跟不上计算效率。在此背景下，液冷技术以其超高能效、超高热密度等特点引起行业的普遍关注， 液冷技术是解决散热压力和节能挑战的必由之路。
01
算力持续增加对芯片散热要求更高
液冷解决散热压力和节能挑战
算力持续增加促进功率密度增长，对制冷技术提出新的要求。算力的持续增加促进通讯设备性能不断提升，芯片功耗和热流密度也在持续攀升，产品每演进一代功率密度攀升30~50%。当代 X86 平台 CPU 最大功耗 300~400W，业界最高芯片热流密度已超过 120W/cm2；芯片功率密度的持续提升直接制约着芯片散热和可靠性，传统风冷散热能力越来越难以为继。芯片功率密度的攀升同时带来整柜功率密度的增长，当前最大已超过 30kW/机架；对机房制冷技术也提出了更高的挑战。液冷作为数据中心新兴制冷技术，被应用于解决高功率密度机柜散热需求。
制冷系统在典型数据中心能耗占比 24%，降低制冷系统能耗是降低 PUE 的有效方法。算力的持续增加，意味着硬件部分的能耗也在持续提升；在保证算力运转的前提下，只有通过降低数据中心辅助能源的消耗，才能达成节能目标下的PUE 要求。制冷系统在典型数据中心能耗中占比达到 24% 以上，是数据中心辅助能源中占比最高的部分，因此， 降低制冷系统能耗能够极大的促进 PUE 的降低。有数据显示，我国数据中心的电费占数据中心运维成本的 60-70%。随着服务器的加速部署，如何进一步降低能耗，实现数据中心绿色发展，成为业界关注的焦点。
液冷技术能实现极佳节能效果。近年来，为了降低制冷系统电能消耗，行业内对机房制冷技术进行了持续的创新和探索。间蒸/直蒸技术通过缩短制冷链路，减少过程能量损耗实现数据中心 PUE 降至 1.15~1.35；液冷则利用液体的高导热、高传热特性，在进一步缩短传热路径的同时充分利用自然冷源，实现了 PUE 小于 1.25 的极佳节能效果。
02
风冷是最成熟冷却方案之一
但仍存在多项不足
目前风冷技术是数据中心最为成熟和应用最为广泛的冷却方案之一。它通过冷／热空气通道的交替排列实现换热。
风冷技术存在低密度和相对较低的散热能力的不足。这对于高性能计算（HPC）应用尤为明显。此外，风冷技术还有 以下不足：1）热点。由于缺乏合适的空气流量控制系统，服务器设备产生的热量和冷空气换热不均匀，容易在服务器机架之间和内部形成局部热点。因此，为了充分消除这些热点，需要对数据中心进行过度冷却，从而额外增大了能耗。2）机械能耗。在冷却过程中，很大一部分电能用于驱动风机和泵，从而实现空气和水的循环。3）环境匹配性。为了维持数据中心运行稳定，采用风冷技术的系统通常需要常年不间断运行。因此，即使在冬季， 室外温度较低，也需要维持数据中心的冷却循环，不利于节能。4）占用空间大。要达到有效冷却，数据中心通常需要大量的空间来放置空调和服务器机架。
03
液冷优势
低能耗、高散热、低噪声、低 TCO
（1）低能耗
除制冷系统自身的能耗降低外，采用液冷散热技术有利于进一步降低芯片温度，芯片温度降低带来更高的可靠性和更低的能耗，整机能耗预计可降低约 5%。
（2）高散热
液冷系统常用介质有去离子水、醇基溶液、氟碳类工质、矿物油或硅油等多种类型；这些液体的载热能力、导热能力和强化对流换热系数均远大于空气；因此，针对单芯片，液冷相比于风冷具有更高的散热能力。同时，液冷直接将设备大部分热源热量通过循环介质带走；单板、整柜、机房整体送风需求量大幅降低，允许高功率密度设备部署；同时， 在单位空间能够布置更多的 ICT 设备，提高数据中心空间利用率、节省用地面积。
（3）低噪声
液冷散热技术利用泵驱动冷却介质在系统内循环流动并进行散热，解决全部发热器件或关键高功率器件散热问题；能够降低冷却风机转速或者采用无风机设计，从而具备极佳的降噪效果，提升机房运维环境舒适性，解决噪声污染问题。
（4）低 TCO
液冷技术具有极佳的节能效果，液冷数据中心 PUE 可降至 1.2 以下，每年可节省大量电费，能够极大的降低数据中心运行成本。相比于传统风冷，液冷散热技术的应用虽然会增加一定的初期投资，但可通过降低运行成本回收投资。
✦
液冷数据中心建设加速推进
市场规模有望超千亿
预计 2025 年中国液冷数据中心市场规模将超千亿。据《液冷白皮书》，考虑到液冷对传统市场进行替代，包括风冷的机房空调市场、服务器市场以及数据中心基础设施（机柜、CDU、冷却塔等）市场，预计 2025 年，保守测算下中国液冷数据中心市场规模将达 1283.2 亿元，乐观测算下中国液冷数据中心市场规模将达 1330.3 亿元。
✦
冷却液为液冷技术关键材料
市场需求有望大幅提升
液体冷却剂是液冷技术的关键因素之一。
氟化液具有良好导热性、电绝缘、化学惰性，适用于浸没液冷系统。氟化液是一种热稳定全氟液体，由于氟化液的化学惰性，所以可以用于单相或者两相的冷却液，用于超级计算机系统的敏感电子元器件。
全氟碳化合物最适合用于数据中心冷却液，市场需求有望大幅提升。根据碳氟化合物的组成成分和结构不同，可再分为氯氟烃（CFC）、氢代氯氟烃（HCFC）、氢氟烃（HFC）、全氟碳化合物（PFC）、氢氟醚（HFE）等种类。目前 CFC 种类已全球淘汰；HFC 在 20 世纪 90 年代被开发出，用于替代氢氯氟碳（HCFC）和其他破坏臭氧层的物质， 部分 HFC（如 HFC-365mfc）可被用于溶剂清洗应用，虽然其不破坏臭氧层，但全球变暖潜能值（GWP）较高。全氟碳化合物（PFC）包含全氟烷烃、全氟胺、全氟聚醚（PFPE）等类型，在沸点和介电常数方面的特性较为适合半导体设备冷却场景，但也有温室效应影响；氢氟醚（HFE）的温室效应影响较小，对臭氧层无破坏，但通常具有较高的介电常数，和印制线路板微带线或连接件直接接触时对信号传输影响较大。综合来看，全氟碳化合物是目前更适合用于数据中心液冷系统的冷却液，随着数据中心的加速建设，氟碳冷却液市场需求有望大幅提升。
文章来源：未来智库
联系客服
