在数字经济和万物互联的时代，海量数据的计算与处理需要不断扩大数据中心的基础建设规模，由此也带来了能耗激增的问题。据《中国“新基建”发展研究报告》，到2025年，全球数据中心将占全球能耗的最大份额，高达33%。而在国内，全国数据中心的耗电量已连续八年以超过12%的速度增长，未来占社会总用电量的比例将持续增长。 此外，大量数据吞吐和运算使得作为人工智能、大数据等新兴技术“大脑”的数据中心面临着前所未有的能耗和散热挑战。科智咨询发布的《2019-2020中国IDC产业发展研究报告》指出，随着数据中心计算力的提高，对于新建的数据中心而言，最大的资金投入不是建筑本身，而是保证电力供应的设备成本以及机房制冷成本。因此降低冷却耗能，并推进数据中心低碳运转是践行“碳中和”理念的关键一环。
1、液冷技术分类
按照与发热器件接触方式，液冷主要分为“间接接触型”和“直接接触型”。
（1）间接接触型：冷却液体不直接与发热器件接触，主要发热器件固定在冷板上，依靠流经冷板的液体在设计好的液冷散热器内流动，通过循环将热量带走的冷却方式。按照有无相变又分为：单相间接液冷；两相间接液冷。
（2）直接接触式：将散热部件（单板&芯片）直接浸没在不导电液体中，利用液体蒸发将散热部件释放热量带走的一种散热方式。
这最主要的就是浸没式液冷，顾名思义是将发热元件浸没在冷却液中，依靠液体的流动循环带走IT设备运行产生的热量。浸没式液冷是典型的直接接触型液冷，目前比较流行的方式是将服务器浸没在特殊设计的箱体中。
其中，沸腾池属于整个系统的关键，由被散热部件（服务器）、沸腾箱、氟化液、冷凝器组成。蒸发器，散热风扇，冷却泵以及控制系统组成。主要作用为将系统热量最终释放到自然环境中。
2、冷却液类型
液冷的关键是冷却液，必须能够快速吸收热量，并且在汽化和液化过程中都能够很高效进行热传递，同时并且必须做到无腐蚀性。因此重点的冷却液为以下几种。用户选择时重点考虑场景和价格：
水：去离子纯净水。水具有较高的比热容，是一种良好的散热媒介，价格低廉环境友好无污染。但由于水并非绝缘体，只能应用于非直接接触型液冷技术中，一旦发生泄漏会对IT设备造成致命损害。
矿物油：矿物油是一种价格低廉的绝缘冷却液，无味无毒不易挥发，是一种环境友好型介质，但矿物油粘性较高，且其易分解，在特定条件下具有燃烧风险。
氟化液：氟化液最初是线路板清洁液，其绝缘且不燃的惰性特点被应用于数据中心液冷，是目前应用最广泛的浸没式冷却液，但是三种冷却液中价格最昂贵。
3、液冷结构设计
将电子设备浸没在“达到一定温度可发生相变”的氟化液箱体中，氟化液受热沸腾变为蒸汽，蒸汽上升遇到机箱上部冷凝器而冷凝变成液体，冷凝器外接液冷源进行换热，将热量传递到外界，反复循环。通过氟化液在机箱内循环和冷凝器内乙二醇水溶液的外循环（双循环系统），对服务器、芯片散热冷却实现温度管控，保证服务器运行稳定性和寿命。
关于具体设计步骤略，总原则“液冷容器材料能支撑弹性形变，并且热胀冷缩后性能不变”。
在美国盐湖城召开全球超算大会（SC16）中，深度学习、人工智能、百亿亿次成为了大会的几大焦点议题之一。
百亿亿次更多强调系统综合能力，硬件堆积、软件调优、应用扩展，摆在面前四道难题中，首先需要解决“能耗墙”——这个“庞然大物”超级计算机（类似天河二号、太湖之光等顶级超级计算机），每天电费动辄就要几十万元。为此，整个行业都认为液冷散热方式更为靠谱。
下一步，“全浸没式液冷”要在“冷却液材料”和“动态负载条件下长年运行”两方面做出新的突破，让液冷真的对后续IDC运营保驾护航
4、液冷技术是降低数据中心能耗的最可靠与可行的方案。
中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长何宝宏指出，高密度计算正促使数据中心液冷技术兴起，液冷不仅是制冷方式的改变，还可能变革整个数据中心生态。
因此，凭借有效降低能耗、减少故障率和突破了环境局限等优势，液冷技术已经成为全球数据中心发展的重要技术趋势。目前，IBM、谷歌、英特尔等国际巨头早已纷纷在该领域展开布局，在国内，以网宿科技、华为、中科曙光为代表的科技公司也积极投入了液冷的技术研发与市场拓展。
液冷是指使用液体作为热量传输媒介，为发热部件进行换热，进而带走热量的技术，并非像风冷那样间接通过空气制冷。液体传导热能效果更好，是空气的25倍，温度传递效果更快、更优。同时，由于液体的比热容大，在吸收大量的热量后自身温度不会产生明显变化，故而能够稳定CPU温度。与风冷系统相比，液冷能节省约30%能源，有效降低能源消耗比，可以将PUE（一种评价数据中心能源效率的指标）降到1.05，实现绿色数据中心的要求。此外，相比空气而言，液体比热容不受海拔与气压影响，因此液冷数据中心在高海拔地区仍然可以保持较高的散热效率。
更为重要的是，采用液冷数据中心可以更好的收集余热，并创造出可观的经济价值。这是因为，数据中心的不间断运行往往能产生巨大热能，传统的风冷设备一般是将热量直接排到大气中，但液冷数据中心则能以液体为载体，直接通过热交换接入楼宇采暖系统和供水系统，满足居民供暖和温水供应等需求。这不仅节约了能源，还能为数据中心创造附加值。
液冷技术是突破数据中心节能瓶颈的有效途径，很好适应了中国当下的“碳中和”理念，代表了未来数据中心绿色节能的主要发展方向。
经过多年的研发与探索，液冷技术的应用也日益成熟。例如，网宿科技与大象融媒合作，根据所需，为其量身定制开发了集融媒指挥系统和全媒体内容生产系统为一体的融媒微型液冷数据中心，有效解决了媒体融合与转型过程中，技术支撑平台对空间小、轻量级、能耗低、便捷快速、融媒体功能全的需求。
目前液冷技术已逐步成为主流的散热方式，优势十分显著，相对传统的风冷，液冷将能耗降低90%以上，体积更是原来的1/3，最关键的是制冷降温效果更强，可大大缓解高密度计算的散热需求。
可以说液冷技术带来的不仅仅是制冷方式的改变，更可能是将整个数据生态做了变革。机构预测，到2025年中国液冷数据中心市场整体规模保守估计高达1283亿，而当前相关上市企业还不足10家，成长空间值得想象。
来源：金融界，海涵财说，源达鑫财经
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