探秘谷歌水冷服务器技术

前段时间谷歌公司第一次允许媒体记者进入其位于美国和欧洲地区的数据中心进行访问与拍照，并公布了一批其数据中心的照片。通过照片，人们可以看到谷歌数据中心里面整齐地摆放着成千上万台服务器和错综复杂而又色彩缤纷的线缆以及冷却管道。我们在惊叹于其数据中心精彩的时候，也清醒认识到谷歌敢公开这些图片，就说明它有下一代技术了，未来很可能会进一步大幅改变其现有的计算系统架构。谷歌也曾说“他们的同事看了未来的架构，都对现在的系统不太满意”，这说明谷歌的新一代数据中心架构会有更大更好的改变。本文通过谷歌专利的水冷服务器技术，做最粗浅分析和最大胆猜测，和大家分享其尚未公开但有可能已在采用的数据中心技术。

图1 水冷服务器示意

水冷服务器其实也不是个全新的概念，比如图1是IBM联合瑞士苏黎世联邦理工学院共同研发了一种名叫Aquasar的水冷超级计算机，它可以降低40%以上的能源消耗，减少85%的碳排放，同时将收集来的热能用于建筑上的需求例如地热。从这个案例我们可以看到采用水冷服务器的主要好处是就近带走热量，可以有很高的节能效果，同时大大提高功率密度来缩小服务器的尺寸，减少风扇噪音，以及容易实现热能回收等等好处。基于这些好处，谷歌早在2006年之前就开始研究此技术，并于2009年得到其水冷服务器的专利。谷歌水冷服务器专利的主要技术特点是服务器主板两两成对安装在散热片的两个外侧，由散热片内流过温度较低的冷冻水来带走热量。其中高发热的元件，比如CPU和南北桥芯片组等靠近散热片内的冷冻水来安装，从而发出的热量被散热片内的冷冻水就近带走;而一些发热量不高的器件，比如内存和硬盘等则直接安装在稍远离三明治散热片中心的位置，部分案例中还有服务器风扇或电源风扇安装在某侧的服务器主板上，用于将内存和硬盘等的热量带走。

图2 谷歌水冷服务器侧视图

如图2是谷歌水冷服务器的侧视图，其中中间的三明治结构部分为水冷散热片114，散热片的上下表面分别安装了两个服务器主板112a和112b以及CPU、内存等发热元件。由铝锭加工压叠压而成的散热片114的内部有多个如122这样的冷冻水通孔，用于带走散热片吸收的服务器热量。散热片114的表面则根据服务器器件的发热程度还专门刻蚀出不同深浅的平台，用于安装发热量不同的器件，比如标识为116的CPU和标识为118的芯片组等高发热量器件，置于靠近冷冻水供水通道的平台，而标识为120的内存、标识为124网络和标识为130的低发热量器件则可置于稍远离冷冻水通道的平台，部分设计中标识为126的服务器风扇等还仍然会用于给服务器表面的器件散热，下面会更为详细介绍。