直接冷却是采用密闭的氟化液等矿物质直接浸泡冷却IT设备的芯片、内存等发热部件,形成密封的一级散热循环系统,而二级循环系统可以采用自然风冷或者冷却水系统进行冷却。对比间接制冷系统,直接冷却对发热元器件冷却的均匀度更好,冷却液温度可以更高,尤其是选择一定温度下相变的液体,局部散热能力强,散热效果更好;比如对于60℃的芯片,可以采用50℃冷却水或冷却蒸发温度在55～60℃的冷媒流体,因此,即使夏季45℃高温天气,也可以实现直接新风冷却或者冷却塔,从而数据中心实现全年自然冷却,降低能耗,这对于全球温带和热带区域实现制冷系统的高效带来了突破,是有竞争力的制冷方案。整体浸泡式液冷直接冷却如图5所示。
但是液体冷却面临较多挑战:
①目前液冷更适合于高功率密度和全新的服务器架构设计,无法兼容目前主流的风冷的服务器架构和数据中心设计,改造难度大。
②因规模和应用范围的限制,尤其是部分IT设备部件材料在直接冷却液体中的兼容性和化学稳定特性需要长期测试验证,液体冷却的成本较高。
③系统设计有待项目验证和优化,如对于每个IT设备液冷需要大量的管路优化设计和水力平衡及流量控制、冷媒冷却温度的控制和二级循环冷却管路的匹配联动控制等。
④IT设备的维护更换需要液冷支持快速插拔无渗漏的更换,供电电缆和传输的光缆连接器等有源部件的密封和散热都需要优化设计。
在这一级别的换热环节中,不论散热片还是热管均需要IT设备级别的风扇强制对流换热,二者的区别无非是使用换热效率和温度场均匀度方面存在差异,风冷散热片的散热极限一般为40W/cm2。
利用腔体内的沸腾或者热管配合风冷强制换热,常规做到100W/cm2,利用IC工艺制成的多根微型热管阵列的水冷泵循环,其冷却功率可达200W/cm2,而当水的流量为10cm3/s,水的温升为71℃时,冷却热流高达790W/cm2,是目前散热能力最大的水冷装置。
3 第二级别制冷节能方式:IT设备机架散热
这一级别的换热是IT机架与数据中心区域环境的热交换,可以将换热方式划分为两种模式:一种是直接风冷换热或风冷结合某种高效液冷换热单元部分进行接力传递换热;另一种是直接浸泡换热。
