立訊與中興聯(lián)合開(kāi)發(fā)的單相浸沒(méi)液冷-技術(shù)白皮書(shū)

  ICC訊 隨著(zhù)數據中心節能減排政策越來(lái)越嚴及高功率密度數據中心的發(fā)展,傳統數據中心散熱技術(shù)倍受挑戰。立訊技術(shù)與中興通訊聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新一代單相浸沒(méi)液冷技術(shù)，為高性能計算環(huán)境提供了一個(gè)高效、可靠且綠色的散熱解決方案。通過(guò)將服務(wù)器硬件完全浸入到特制的非導電液體中，實(shí)現了熱量的快速、均勻傳遞;與傳統風(fēng)冷系統相比，這種直接熱交換方式極大地提高了散熱效率，降低了系統能耗。本文介紹了單相浸沒(méi)液冷技術(shù)的基礎原理、散熱優(yōu)勢，架構設計和驗證成果，并對該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行討論。

  01 發(fā)布背景

  服務(wù)器等作為算力基礎設施底座，由算力增長(cháng)帶來(lái)的能耗和散熱問(wèn)題日益凸顯，傳統的風(fēng)冷散熱已無(wú)法滿(mǎn)足數據中心的散熱需求，在雙碳政策的背景下，綠色化、低碳化成為發(fā)展趨勢，由風(fēng)冷散熱到液冷散熱，打造節能綠色算力至關(guān)重要。

  液冷技術(shù)包含冷板式液冷、浸沒(méi)式液冷、噴淋式液冷等多種形式。其中，冷板式液冷采用微通道強化換熱技術(shù)，散熱性能好，行業(yè)成熟度最高，目前己實(shí)現規模商用部署。與此同時(shí)，浸沒(méi)式液冷以液體作為冷源，以絕緣冷卻液作為載冷劑，對服務(wù)器進(jìn)行浸沒(méi)式冷卻，實(shí)現100%液體冷卻，具有更優(yōu)的節能效果。

  02 技術(shù)原理

  單相浸沒(méi)式冷卻系統是指將IT設備浸沒(méi)在不導電的冷卻液中，冷卻液在負載中吸熱后返回CDU裝置，由裝置內液泵提升壓力，通過(guò)板式換熱器與一次側制冷劑進(jìn)行換熱，降溫后的冷卻液通過(guò)管路再進(jìn)入負載，如此循環(huán)，從而帶走負載內熱量，保證負載在一個(gè)良好的環(huán)境下工作。

  03 技術(shù)特點(diǎn)

  通過(guò)將服務(wù)器直接浸沒(méi)于非導電工質(zhì)中,實(shí)現100%的直接液冷，高功耗器件如CPU/GPU等支持局部強化散熱，通過(guò)設置多個(gè)進(jìn)液口及對應的多個(gè)冷卻子腔，降低了出現待冷卻設備局部溫度過(guò)高的幾率，具有均勻的冷卻效果;同時(shí)適配油基及氟化液等工質(zhì)，能夠有效解決傳統單相浸沒(méi)式液冷CAPEX過(guò)高的痛點(diǎn)。整體方案更加節能、高效散熱、高可靠及低CAPEX。

  · 極致節能: 100%全液冷;

  · 高效節能: PUE≤1. 09;

  · 成本效益:可兼容采用低成本油基工質(zhì);

  · 安全靜音:服務(wù)器等設備故障率下降50%。.

  應用案例

  5.1系統架構

  TANK內部分成4個(gè)模塊，TANK 柜體、TANK 內腔、進(jìn)出液管路、顯示模塊。單相浸沒(méi)冷卻液由外置CDU提供，循環(huán)泵作為液冷系統冷卻液循環(huán)的動(dòng)力源，為防止氣蝕風(fēng)險，循環(huán)泵入口壓力需≥0. 1bar，冷卻液通過(guò)一分五分液器裝置流入IT設備內，最后從從頂部流出，并帶走IT部件產(chǎn)生的熱量。

  機柜內布置多個(gè)IT設備，為了實(shí)現高效均勻散熱，系統采用均流設計，機柜底部設置均流板，使得流量可均勻分配到每個(gè)IT設備內;由于IT設備內部結構的復雜性，需要對系統腔體進(jìn)行流道仿真模擬，并通過(guò)改變分液器的大小和位置，實(shí)現最優(yōu)的換熱效率。

  5.2熱仿真分析

  由溫度云圖、流線(xiàn)圖可知:

  ●設備內部流場(chǎng)分布均勻，散熱充分;

  ●合理設置導流塊等結構件，可以有效調整設備內部流量分配，從而提供更充分流量未高功耗器件散熱;

  ●本單相浸沒(méi)液冷方案設計下，整機散熱性能良好，整板溫度具備充分余量;

圖2單相浸沒(méi)液冷—熱仿真結果

  5.3均流性分析

  由于機柜內布置多個(gè)IT設備，為了實(shí)現高效均勻散熱，TANK 機柜采用均流設計，機柜底部設置均流板，使得流量可均勻分配到每個(gè)IT設備內;經(jīng)中興通訊研發(fā)團隊流量仿真及實(shí)測驗證，多槽位TANK流量均流性<7%。

圖3單相浸沒(méi)液冷—均流性仿真結果

  未來(lái)發(fā)展前景

  單相浸沒(méi)式液冷技術(shù)的應用,不僅有效解決了高密度散熱問(wèn)題，而且讓數據中心的制冷系統和冷機群控系統化繁為簡(jiǎn)，提高了換熱效率，節省了大量的運維成本。展望單相浸沒(méi)液冷技術(shù)，將會(huì )朝著(zhù)高節能、高散熱、高可靠、易維護等方向發(fā)展。

  1)高節能:浸沒(méi)式液冷實(shí)現了100%液體冷卻，節能是其最關(guān)鍵應用價(jià)值；當前行業(yè)內主要通過(guò)降低泵功提升浸沒(méi)式液冷系統節能效果，具體包含tank流道優(yōu)化、CDU降流阻、以及集群控制和AI調控等軟硬件手段；

  2)高散熱:單相浸沒(méi)式液冷散熱能力相對較低，當前可以通過(guò)常規散熱方案解決400W CPU散熱需求；但隨著(zhù)CPU/GPU功耗的演進(jìn)，常規單相浸沒(méi)液冷散熱方案將無(wú)法滿(mǎn)足需求，因此行業(yè)內正加速散熱強化技術(shù)的研究，進(jìn)一步提升單相浸沒(méi)液冷液冷散熱能力；

  3)易維護：區別于傳統風(fēng)冷服務(wù)器維護，浸沒(méi)式液冷維護過(guò)程需要將服務(wù)器從浸滿(mǎn)冷卻液的tank中取出，此過(guò)程中出現的工質(zhì)損耗、系統流量波動(dòng)、以及被維護服務(wù)器的液體收集等問(wèn)題是當前浸沒(méi)式液冷維護性主要研究方向；

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