液冷服务器是降低PUE值的利器（二）

目前,冷板式的液冷技术已经比较成熟,具备了产业化的可行性。但对于更具革命性的浸没式液冷技术,仍然处于发展初期。据了解,液冷服务器的用户主要还是大型数据中心和超级计算中心,这些用户对于高密度扩展、绿色节能、机房静音的需求比较迫切,已经有一些用户开始使用液冷服务器,不过对于企业级应用,无论是普通的服务器,还是大型数据中心,液冷技术的普及之路还刚开始。

国内外服务器液冷技术发展现状

　　(1)国内服务器液冷技术发展现状

　　目前国内知名的多个设备、软件厂商推出了液冷服务器系统产品,包括曙光、华为、神威蓝光等。

　　曙光推出的TC4600E-LP液冷服务器是以原有风冷型刀片为原型,进行了液冷改造设计,除去CPU和显卡的风冷式散热器,改造为液冷冷板。图5为TC4600E-LP液冷服务器的前、后视图。

　　TC4600E-LP采用CPU冷板技术以及先进的防泄漏技术,具有以下优越的性能:

　　①风扇功耗降低70%,具有更优的整机效率;

　　②CPU可超频运行,计算性能提高12%;

　　③CPU核温可降低30℃,平均无故障工作时间延长50%,具有更高的可靠性;

　　④噪声比风冷板机型低20dB(A),具有更低的噪音指数;

　　⑤由于处理器的热量通过水冷带走,不需要安装大量的机房专用精密空调;

　　⑥液冷系统采用30℃的常温进水,可以实现全年自然冷却,PUE值轻松降至1.2以下。

　　华为公司的液冷刀片服务器采用高集成LCS(Liquid Cooling System)设计,在1个标准的42U机柜中通过部署三台装配有高性能冷板(CH121 CH140刀片服务器)的E9000融合架构刀片服务器,即在部署96个2路刀片服务器的情况下,对86%的器件进行液体冷却，相比传统的风冷散热设计可实现50%～60%的能耗降低，有助于将数据中心PUE值降至1.2以下。华为公司间接液冷服务器如图6所示。

　　神威蓝光公司的间接液冷服务器中的冷却用水是内部封闭循环,是来自矿泉水厂处理过的纯水。中间是铝制液冷散热板。神威蓝光公司的间接液冷服务器的优势是集成度高,水冷散热高效,可在一个机柜内存放更多的CPU,仅依靠9个运算机柜就达到了很高的运算能力。神威蓝光间接液冷服务器如图7所示。

　　目前国内有很多企业已经开始研发液冷服务器产品,但截至目前,大部分企业使用液冷技术多采用纯水作为冷媒。众所周知,含杂质的水是电的良导体,一旦冷媒泄漏,与主板上的尘埃等杂质混合,后果不堪设想。且选用水作为冷媒,是利用水的温升带走发热元件的热量,只利用了水的显热,并没有发挥其全部功效,还有很大的潜能可以发挥。

　　(2) 国外液冷服务器的现状

　　国外液冷服务器的用户主要还是大型数据中心和超级计算中心,已经有一些用户开始使用液冷服务器。比如美国国家安全局、美国空军、CGG、ORANGE、VIENNA科学计算集群、日本东京工业大学已经使用了Green Revolution Cooling的浸没式液冷技术,美国AFRL、ERDL、法国TUTAL、欧洲AWE等使用了SGI的液冷服务器,德国LRZ已经使用了联想(原IBM)的Next Scalen x360 M5冷板式液冷服务器。

　　IBM的新SuperMUC超级计算机中心(LRZ)Super MUC与IBM xiData Plex均采用了水冷技术,即采用40℃的温水作为IT设备制冷的冷媒工质。比起普通的风冷系统,这种水冷系统的散热效率高4000倍,能耗也大幅度降低。除此之外,其产生的热水可以给莱布尼兹超级计算机中心园区的其他生活建筑供热,每年可节约125万美元。IBM间接液冷服务器如图8所示。

　　Green Revolution Cooling推出的直接式液冷系统是把服务器浸没在一种矿物油中进行降温,浸没其中的戴尔R730机架服务器的CPU温度为30℃左右。Green Revolution Cooling直接式液冷系统如图9所示。

　　Asetek的液冷机柜是在室外侧充分利用室外冷源,实现自然冷却,节约数据中心的运维成本。模块化设计为数据中心提供了最大的可扩展性。以1U服务器(功耗为500W,其中CPU及内存功耗为400W)为例,80%(400W)的热负荷来自于CPU及内存,采用液冷散热,剩余20%(100W)的热负荷采用风冷散热。PUE值由1.61下降至1.08,单机柜每年节省电费7784美元,能使数据中心节能50%,密度增加2.5倍。Asetek的液冷机柜如图10所示。

结束语

　　按照美国IDC公司的预测,移动产品和数据等的总量,今后还会持续高速增长,数据中心必须要高密度配置服务器。为了应对这样的变化,制冷技术也需要随之改变。实际上,IDC于2016年3月,以美国的各类数据中心的运营商为对象实施的问卷调查中,有高达42%的受访者表示,其公司最大的数据中心采用了液冷技术。

　　对于单台服务器而言,使用液冷服务器能高效准确制冷,节能降耗,降低噪音。而且由于液体的比热容大,能吸收大量的热量而自身温度不会明显变化,使得CPU在突发操作时不会引起内部温度瞬间大幅度变化,因此允许CPU超频工作,提高了服务器的使用效率和性能。

　　对于机柜而言,由于省掉了机房专用空调,因而节能、降噪。而且由于液冷服务器的冷却能力优良,能在单位空间内布置更多的刀片服务器,提高热流密度,因此节省占地面积。

　　对于数据中心而言,虽然增加了泵和工作液体循环系统,但是省掉了整个空调系统以及基础设施层,也无须地板下送风和冷热通道封闭技术,能节省更多的成本。且能在有限的空间内容纳更多的服务器,从而得到更高的效率。此外,由于泵的噪声很小,整个液冷系统的噪音相比于风冷系统要小得多,可达到“静音机房”的效果。

　　此外,液冷服务器可以不受海拔和地域的限制,在任何地方均能正常工作。而机房专用空调系统则不同,在不同纬度和海拔的地区,必须考虑当地的情况进行设计调整。

　　因此,液冷服务器可广泛应用于超级计算机和大型服务器的散热,为大规模计算中心和数据中心的散热问题提供优异的解决方案,从而大大降低了PUE值。

（来源机房360）

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