在数据中心世界液冷成为王道

在钢铁侠 2 中，托尼·斯塔克 (Tony Stark) 正在观看一部关于他已故父亲的几十年前的电影，他告诉他：“我受到当时技术的限制，但总有一天你会明白这一点的。当你这样做时，你将改变世界。” 这是一部虚构作品，但表达的概念是合法的。技术人员的远见和想法往往远远领先于他们所处时代的技术。星际迷航可能一直拥有它，但我们其他人花了几十年的时间才使平板电脑和电子阅读器正确。

液体冷却的概念也完全属于这一类。虽然这个想法自 1960 年代以来一直存在，但与更便宜、更安全的空气冷却方法相比，它仍然是一个边缘概念。又过了 40 多年，液体冷却才在 2000 年代开始流行，然后它主要限于希望将 CPU 超频到远远超出英特尔和 AMD设定的推荐限制的PC 爱好者。

然而，今天，液体冷却似乎有片刻。您可以以低于 100 美元的价格为您的 PC 购买液体冷却系统，整个企业和数据中心供应商(如 CoolIT、Asetek、Green Revolution Computing、Ebullient，仅举四个)的整个家庭手工业都在推动数据中心的液体冷却设备。液体冷却继续主要用于超级计算、高性能计算 (HPC) 或其他涉及大量计算能力的情况，其中 CPU 以几乎 100% 的利用率运行，但这种用例正在成为主流。

液体冷却有两种常见类型：直接到芯片和浸入式。直接连接到芯片，散热器就像标准风扇一样连接到 CPU，但不是风扇，而是连接了两个管子。它有一根管子，冷水进入并冷却散热器，散热器从 CPU 吸收热量，一根管子将热水带走。然后它被冷却并在一个闭环中返回到 CPU，这与人类的血流不同。

浸入时，硬件被液体浴淹没，这显然必须是不导电的。通常，这种方法最适合与用于冷却核反应堆棒的水池进行比较。与直接切屑相比，浸入式切削刃更锋利，需要更昂贵的冷却液，后者仍然可以使用普通的水。最重要的是，浸入有溢出的风险。出于这个原因，直接到芯片现在更受欢迎。

举一个主要的例子，以 Alphabet 为例。当谷歌的母公司 Alphabet 在 2018 年 5 月推出其 TensorFlow 3.0 AI 处理器时，首席执行官 Sundar Pichai表示这些芯片非常强大，“我们第一次不得不在我们的数据中心引入液体冷却。” 这一转变是 Alphabet 为将性能提高八倍而付出的代价。

另一方面，Skybox Datacenters 最近宣布了一台用于石油和天然气勘探的大型40,000 服务器超级计算机，来自 DownUnder GeoSolutions (DUG)。该计划预计将提供 250 petaflops 的计算能力，比任何现有的超级计算机都多——并且预期的液体冷却系统将封闭服务器，在充满电介质的完全浸没的罐中使用 720 多个外壳。

无论哪种方式，“液体冷却都是未来的冷却，而且永远都是，”数据中心运营商 Equinix 设计工程副总裁 Craig Pennington 说。“看起来很明显这是正确的做法，但没有人这样做过。”

那么液体冷却是如何从计算边缘的深奥科学发展到现代数据中心的近主流的呢?像所有技术一样，它部分是涉及反复试验和大量工程的进化的结果。但特别是液冷，今天的海量数据中心运营商或许应该感谢早期的超频者，他们可能真的是液冷的无名英雄。

当我们谈论液体冷却时我们在谈论什么

早在 1964 年，当 IBM 为公司的System 360 主机探索浸入式冷却时，液体冷却就真正进入了大众的想象。(System 360 是该公司最早的大型机之一;而 IBM 拥有 700 和 7000 系列大型机十多年，System/360“迎来了一个计算机兼容性时代——第一次，允许机器跨产品彼此合作，”据IBM 称.) 概念很简单：冷冻水将通过一个装置将水冷却到室温以下，然后将水直接供应到系统。IBM 的最终设置使用了现在称为后门冷却的方式，即在主机背面安装了一个类似散热器的设备。该设备通过风扇从主机吸入热空气，然后这些空气被水冷却，就像散热器冷却汽车发动机一样。

从那以后，工程师改进了这个基本概念，最终出现了两种主要的液体冷却形式——浸入式和直接接触。沉浸正是它所说的：电子设备处于液体浴中，出于明显的原因，它不能是水。液体必须是不导电的或介电的(像3M这样的公司甚至专门为此目的设计液体)。

然而，沉浸式有很多挑战和缺点。因为它位于液体中，所以只能从顶部访问服务器。这就是外部端口必须位于的位置。1U(机架单元)解决方案是不切实际的，因此您不能堆叠机架。介电流体，通常是矿物油，非常昂贵，如果溢出，清理起来会很麻烦。您需要特殊的硬盘驱动器，并且可能需要花费大量资金来改造数据中心。这就是为什么在上面提到的休斯顿超级计算机的情况下，最好使用新数据中心而不是改造旧数据中心来实现沉浸式体验。

相比之下，直接接触式液体冷却是散热器(或热交换器)位于芯片上的地方，就像普通的散热器一样。然而，该装置没有在散热器上吹送风扇，而是有两个水管连接——一个用于引入冷水来冷却板，另一个用于带走与热板接触产生的热水。这已成为最常见的液体冷却形式，被 HP Enterprise、Dell EMC 和 IBM 等主要 OEM 以及 Chatsworth Systems 和 Schneider Electric 等机柜和外壳制造商采用。

Direct to Chip 使用水，尽管它对水的质量相当挑剔。您当然不能使用未经过滤的市政用水。看看你的水龙头或淋浴喷头。谁想要在他们的服务器中积聚钙?至少，直接接触式液体冷却需要纯净的蒸馏水，有时还需要与防冻剂混合的水。这种液体冷却剂本身就是一门非常精确的科学。