【DKV】:液冷技术走过的十年



英文原文作者:Peter Poulin,GRC公司CEO
翻译:DKV

液冷曾经是冷却大型计算机的唯一方法,现在这项技术又回到了属于它自己的领域。

电子元件的液冷技术并不是一项新技术,早在1887年之前,它就被用于高压变压器的绝缘和冷却。最早使用液冷的计算设备的是IBM的System 360计算机,时间是在20世纪60年代。到20世纪80年代,液冷在超级计算机和大型机中流行起来,在计算密度、能耗和热效应几个方面,这些超级计算机和大型机是如今数据中心设备的提前预演。现在,在2019年,液冷再次成为数据中心冷却的首选方案。

那么,冷却技术是如何,及为什么会从液体冷却发展到空气冷却,然后又回到液体冷却的呢?

重新开始

在大型机计算的早期时代,几乎没有液冷的替代品。根本无法用空气冷却来处理设备的发热量。液体优越的传热能力(比空气热容多1000倍以上)为主机制造商提供了可靠的解决方案。

随着CMOS的应用,这一切都改变了。这项技术从本质上降低了计算机系统的半导体的功耗(以及由此产生的热量),并且用空气冷却这些系统成为可能,相比而言,空气冷却已比液体冷却成本低很多。在过去的几十年里,随着新技术的发展,空气冷却系统变得更加高效,使冷却系统更接近热负荷中心——从装有房间级空调(CRAC)和室空气处理机(CRAH)的房间周边,变成一排排行架(行间冷却),在机架背面(背板热交换器)。然而,与此同时,功能越来越强大的服务器所产生的热量也在不断增加,并超过了空气冷却能力的极限。

现在,钟摆向后摇摆。区块链、人工智能(Ai)、机器学习和其他高性能计算程序等新应用需要更强大的系统。更强大的系统意味着更多的发热量——此系统使得经济的空气冷却解决方案正变得越来越复杂,建设和运行成本也越来越高,因为它们难以满足这些新的需求。与此同时,液体冷却解决方案的成本效益越来越高,通常比空气冷却解决方案提供更高的投资回报率和更低的TCO,而且这些好处不再局限于高密度数据中心。事实上,在许多密度低至15Kw/机柜的案例中实现了比较好的经济效益。

向液冷转变的时间大概在2000年初期:

  • 2000 

富士通发布了主机的混合式水冷系统。

  • 2005  

IBM发布了一款用于密集刀片服务器的背板式交换器,这是第一家开始使用水冷CMOS处理器的大型公司。

  • 2008 

IBM推出了Power 575,这是一款直接使用水冷却系统的超级计算机,微处理器上方是水冷铜板,这是自ES/9000以来第一个用于大型主机的液体冷却系统。

  • 2009 

直接接触液体冷却(又名芯片液冷)。

绿色革命冷却(现在的GRC)引入了CarnoJet,采用单相液浸冷却。

Iceotope在处理刀片上使用浸入式水箱启动。

  • 2012

两相浸没技术被用于密码采集器。

这些不再是最佳的解决方案了。数据中心现在广泛采用液体冷却,2018年Uptime Institute的一项调查显示,目前,14%的数据中心使用某种形式的液冷来满足其提高效率和降低运营成本。哪种液体冷却解决方案适合您的组织取决于多种因素,包括机架密度、空间限制、数据中心或边缘位置要求、计算系统是基于GPU和ASIC,还是基于CPU、服务器刷新周期,以及机房是改造还是新建。

制冷系统是处理高密发热量IT设备的主要问题之一。随着新的高性能计算应用需要更多的能耗和发热量,它们已经超过了空气冷却的能力,液冷是一种经济高效的解决方案,为几乎所有数据中心提供了更高的投资回报和更低的TCO。如果您还没有研究过数据中心的液冷方案,现在是时候了。