高热密度数据中心液体冷却系统盘点

多年来,由于增加服务器的密度并减少其体积的大小,服务器的密度变得越来越高,数据中心正日益产生更多的热量。因此,每平方英尺产生热量的瓦数正在不断上升,这种功率密度的增加严重制约了传统的冷却方法和技术。液体冷却作为是数据中心最新的制冷技术,正在被人们所接纳并应用。

让我们先解释什么是液体冷却。它指的是一个模块化高密度制冷解决方案的系统,在这个系统中热量被均匀地、有效地,通过各种的手段,如液晶(LCP),空气或水热交换器,从电子组件处交换、提取出来。数据中心管理者面临的下一个问题是液体冷却系统的选择,数据中心的需求要与可用的选项相匹配,本文对液体冷却产品进行一一简述。

从服务器散热开始–一种新的液体冷却

数据中心的高热密度来自于服务器,如果从服务器入手解决散热问题,会不会节省更多的散热费用呢?一种"端到端液体"技术已经被专业散热器制造商应用到了高集成度服务器中,新的散热器将服务器主板包裹在一种惰性液体中通过主机后泵使液体流经每个主板并带走热量,据官方介绍,这项新的服务器散热技术将为用户节省93%的散热费用。

散热器将主板浸泡在惰性液体中,由于服务器集成度和性能水平都较高,因此其对散热的要求也相对苛刻。现在被很多超频玩家所推崇的水冷散热就是最早运用于服务器领域的技术。因此我们有理由相信,不久的将来,随着技术的成熟和成本的下降,这种为主板洗澡式的散热技术也将被家用电脑利用,那时不用担心你的风扇噪音的问题了。

水冷背板

简单的说水冷背板就是在机柜的后面安装一个有"冷循环的冷水板"概述如下:机组主要由冷水分配控制器、背板热量交换器等,冷水源由机房公共冷水供应系统提供(冷水分配机组)内置热交换器、水泵、控制阀、及温度、压力、湿度等传感器获取精确的流量、压力、温度、湿度等数据。通过独特的算法,分别为冷却水的两级循环做精确的控制。从通过背板热交换器将服务器产生的热量最大限度地消除。

水冷背板采用无风机设计,没有电力需求,无能耗,减少噪音,其动态、精确、智能化的冷却技术可以降低制冷能耗的成本。高效、准确地热量交换,降低了机房对空调要求,避免空调故障造成的影响。但是此套系统投资相对比普通机房空调的投资额高,另外还有意外漏水等弊端。

冰箱式制冷–液体冷却包

这种新型模块化制冷方案属于"冰箱式制冷",在密闭机箱的侧面安装液体冷却包(LCP),热空气通过液体冷却包循环出冷空气给设备直接制冷。这种新型模块化制冷方案兼顾了温度、湿度、运行速度、空气流量、气流方向和电能损耗等各个参数,提供了各种冷却方案,其中机柜液体冷却系统以及直接面向CPU的高效液冷系统。使用的是微环境概念的LCP(液体冷却包)液冷系统,通过水冷方式,对热点进行有效冷却,能够显著减少能量浪费。

冷水分配单元–CRAH系统

CRAH系统简单来说就是冷冻水的合理分配单元,它包括:水阀控制、水阀分配、流量控制等。CRAH系统是由风机和冷却盘管组成,通常使用冷冻水为数据中心散热,其整个过程是由电脑控制处理程序来完成的。它具有专业的"智能逻辑"控制系统,可以通过感应自动化控制出水的流量来满足对机房温度的需求,同时可以对"水路"进行合理的分支,并分配到需求单元。此套制冷模式在节约能耗上有很大优势。如下图所示。

CRAH的冷却模块可以安装机房的顶部,位于机柜和机柜之间,这个模块有两个相反方向的气口,一个是用来直接吸走机房"热通道"的热气流;热气流经过CRAH系统内部的冷却盘管,从另一个气口把CRAH单元冷却的冷空气送入机房的"冷通道"。

CRAH系统安装在机房顶部

另外一种安装方法是垂直安装在机架上方,这样它既可以抽走"热通道"的热空气,还可以送出冷空气给"冷通道"以弥补传统机房空调的制冷,对数据中心进行综合制冷。同时模块可根据温感系统调节风机的速度,并且通过干接点远程控制模块的开启和关闭。

CRAH系统安装在机架顶部

贴近热源制冷–机柜制冷单元

机柜制冷单元是一种模块化的制冷解决方案,它安装在机柜的两侧,利用管道把冷冻水送到需要制冷的机柜,IT设备产生的热气流就会经过制冷单元进行循环,达到冷却的目的。它确保了IT设备产生的热气流不会再从进风口回到IT设备内。这种从热源控制热量的方式使制冷性能达到最优化,并且它还能通过适时调节和提高运行效率降低总体拥有成本(TCO)。这种冷冻水单元只有标准IT机架宽度的一半(300mm),装备有变速风扇以提高可用性和节约能源。

此制冷解决方案的制冷分配单元实际上是一种灵活的冷冻水分配系统,这种系统采用柔性无接头管道,不仅减少了漏水的风险,而且提高了可用性和可靠性。它所采用柔性冷却管道,可以根据用户的未来需求的变化增加或改变基础设施的配置。

小结

我们从上面可以看出液体冷却系统并不单一,对于一个具体的数据中心来说,确切的选择液体冷却系统取决于各种因素,如安全性、成本等因素,还必须保证有足够的空间用来检查安装液体冷却后的设备,落实安全防范措施,以确保冷却液体不会对IT谁造成损害。由此可见,液体冷却是数据中心最新的制冷技术,它们肯定有非常大的发展潜力,以满足电力需求不断增长的数据中心的冷却需求。