通信行业深度报告:液冷,顺应低碳数字时代需求的高效冷却技术.pdf

液冷,顾名思义,即采用液体接触热源进行冷却的方式。根据冷却液和服务器接触换热方式的不同,分为直接液冷和间接液冷,其中间接液冷以冷板式液冷技术为主,直接液冷以浸没式液冷技术为主。

1.1冷板式液冷

冷板式液冷属于间接式液冷,即发热元件和冷却介质不直接接触。冷板式液冷通过与装有液体的冷板直接接触来散热,或者由导热部件将热量传导到冷板上,然后通过冷板内部液体循环带走热量。由于服务器芯片等发热器件不直接接触液体,因此该方式对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小,可操作性更强。

开式循环的冷板式液冷系统包括一次侧(室外)和二次侧(室内)。根据循环架构的不同,冷板式液冷又分为开式循环系统和闭式循环系统。开式循环系统能将热量转移至室外进行散热,减少机房的空调用量,降低整体PUE(Power Usage Effectiveness,电能利用效率)。具体而言,该系统包括一次侧(室外)和二次侧(室内)两部分,一次侧为机房供水,包括室外的干冷器和冷水机组,热量转移主要通过水温的升降实现,二次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(冷量分配单元)中的板式换热器发生间壁式换热,工质不做混合。

CDU是关键部件之一,除了起到循环冷却液的作用外,还负责监视环境露点并调节供水给机架的温度,露点温度即水蒸气与水达到平衡状态的温度,当实际温度t大于露点温度Td时,空气未饱和。CDU一般将辅助水回路的供应温度提高到比房间露点温度高出至少2℃的水平,以防止冷凝现象发生。

浸没式液冷是指将发热电子元器件如CPU、主板、内存条、硬盘等直接浸泡在绝缘、化学惰性的冷却液(电子氟化液)中,通过循环的冷却液将电子元器件产生的热量带走。根据冷却液在循环散热过程中是否发生相变,分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。

单相漫没式液冷的冷却液通常具有较高的沸点,因此冷却液在吸热后始终维持在液态状态。单相浸没式液冷通过自然对流或泵驱动冷却液的循环,区别在于是否有外力驱动液体循环。自然对流驱动的循环散热过程利用了液体受热后体积膨胀密度减小的特点,较热的冷却液会自然上浮,之后被连接到外部冷却回路的热交换器冷却;冷却后的液体在重力作用下自然下沉,完成循环散热。泵驱动则拥有一个由泵、热交换器、传感器、过滤器组成的装置,即冷却液分配单元(CDU),利用CDU可以更加精确地控制冷却液的温度和流速。

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