【研究笔记】数据中心液冷技术

🔴精密温控节能设备即指针对设备相关要求，将相关主设备所处环境的温度、湿度、洁净度等指标严格控制在特定范围内，从而达到提高主设备的稳定性、可靠性及使用寿命的目的，并兼顾节能环保的相关要求。使用场景主要包括：工业、机房类、电池热管理、电子芯片等。温控底层技术主要分为：风冷、液冷两种。

🟢风冷：以空气为冷却介质，利用对流换热降低电池温度的一种冷却方式，主要分为自然风冷和利用风机的强制风冷两大类。

🟤液冷是一种用液体来冷却电子设备的散热技术。机房场景下，液冷的工作原理是以液体作为冷媒，利用液体的高热容和高热传导性能，通过液体流动将 IT 设备的内部元器件产生的热量传递到设备外，使IT 设备的发热器件得到冷却，以保 IT 设备在安全温度范围内运行。

🟡根据冷却液与发热器件的接触方式不同，可以分为间接液冷和直接液冷。间接液冷是指服务器热源与冷却液之间没有直接接触的换热过程，以冷板式液冷技术为主。直接液冷是指将发热部件与冷却液直接接触的冷却方式，包括浸没式和喷淋式液冷技术。其中又可以根据冷却液是否会发生液态到气态的转变，将浸没式液冷分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。当前，冷板式液冷和浸没式液冷为液冷的主要形式。

🔵液冷系统通用架构包括室外侧和室内侧两部分：室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液；室内侧包含 CDU、液冷机柜、ICT 设备、二次侧管网和二次侧冷却液。室外侧为外部冷源，热量转移主要通过水温的升降实现；室内侧包括供液环路和服务器内部流道，主要通过冷却液温度的升降实现热量转移；两个部分通过 CDU中的板式换热器发生间壁式换热。

🟠2022 年数据中心液冷技术的渗透率大概在5%~8%左右，风冷仍然占据90%以上的市场份额。在算力设备以及数据中心机房的高热密度趋势和高能效散热要求双重推动下，预计未来液冷将成为主流的数据中心温控方式。大模型带来大算力，大算力带来高功耗，单服务器和单机柜功率均显著上升，液冷散热已成为必然趋势。

🟣PUE限制是现阶段液冷技术发展的核心驱动力。PUE代表数据中心能源使用效率，等于数据中心总耗电/IT 设备耗电，比值越接近于1，说明能源越接近全部都用于IT设备负载上。我国数据中心平均PUE为1.49，液冷方案能够有效降低冷却系统的能耗水平，将PUE降低到1.05-1.2 左右，满足相关的政策要求。
参考资料：东方财富证券等