隨著技術(shù)和產(chǎn)品的革新，近幾年來(lái)一些數(shù)據(jù)中心甚至開始用礦物油或者液態(tài)氮來(lái)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心硬件的極限效能。我們現(xiàn)在可以看到越來(lái)越多新奇技術(shù)的應(yīng)用，像是老式的浸沒(méi)服務(wù)器冷卻罩，液體刀片服務(wù)器，礦物油冷卻服務(wù)器等等。

我們認(rèn)為采用這些新奇技術(shù)所節(jié)省下來(lái)的成本是相當(dāng)可觀的，企業(yè)可以不必維護(hù)龐大的冷媒壓縮機(jī)、管線、散熱水槽與風(fēng)扇等設(shè)備，在目前日益重視的節(jié)能與成本議題上，服務(wù)器油冷設(shè)備的確顯現(xiàn)了不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)力。但在一線的機(jī)房人員會(huì)如何看待些裝置我們還不得而知，只是這些炫酷的技術(shù)就已經(jīng)把我們帶進(jìn)花花水世界，讓我們應(yīng)接不暇了吧。

首先我們要來(lái)看一個(gè)液冷應(yīng)用的非常好的案例。在 Intel 與油冷設(shè)備廠商 Green Revolution Cooling 歷經(jīng)一年的合作測(cè)試下，服務(wù)器油冷散熱無(wú)論在冷卻與節(jié)能效率上皆能輕易擊敗傳統(tǒng)空冷形式，而且 Green Revolution Cooling 認(rèn)為這項(xiàng)裝置兼顧了安全性與硬件可靠性，并且仍有進(jìn)步的空間。

工作人員將服務(wù)器浸入礦物油

在這項(xiàng)為期長(zhǎng)達(dá)一年的試驗(yàn)中，英特爾利用礦物油對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冷卻，比較與傳統(tǒng)的空氣冷卻技術(shù)的耗能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明礦物油冷卻技術(shù)比傳統(tǒng)的空氣冷卻的耗能要低90%至95%.

礦物油冷卻服務(wù)器

Green Revolution Cooling （GRC），是一家位于德克薩斯州的成立兩年的公司，主要是提供液體冷卻技術(shù)解決方案。在2009年超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，Green Revolution Cooling 推出了礦物油制冷技術(shù)，并且在2010年的超算大會(huì)上被選為2009年年度突破性技術(shù)。他們利用比熱容是空氣的1200倍的一種礦物油來(lái)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冷卻，使得冷卻耗能最高節(jié)省了95%.

水冷技術(shù)發(fā)展及典型代表

1964-1990期間，大型主機(jī)采用的是水冷技術(shù)。然后，出現(xiàn)了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管制造技術(shù)。該發(fā)明大大降低了芯片自身運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量并且能把熱量排給空氣制冷設(shè)備。在很多年里，水冷技術(shù)也一直被高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)所使用。由于筆記本電腦內(nèi)部空間狹小，空氣制冷卻起不到應(yīng)有的作用，所以許多筆記本系統(tǒng)都是采用水冷技術(shù)。

水冷服務(wù)器內(nèi)部

盡管水冷技術(shù)更實(shí)用，但由于低熱負(fù)荷時(shí)空氣制冷卻成本也較低，所以IT產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向使用空氣制冷卻。但隨著時(shí)間推移，芯片越發(fā)密集，工作頻率一路飆升，這兩個(gè)因素都導(dǎo)致了電力需求和處理器熱排量呈指數(shù)倍上升。

在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，我們經(jīng)常把系統(tǒng)性能限制認(rèn)定為“運(yùn)算約束”或是“I/O約束”。而今天的處理器則是“熱約束”。在傳導(dǎo)熱方面，水比空氣有效得多。用于冷卻時(shí)，水大約比空氣有效3500倍。

水冷服務(wù)器

有了水冷處理器，芯片和服務(wù)器廠商無(wú)形中被賦予了開發(fā)超大運(yùn)算能力的機(jī)會(huì)。試想一下，使用一個(gè)更有效的冷卻技術(shù)可能帶來(lái)的成本節(jié)約和數(shù)據(jù)中心的成長(zhǎng)可能性。？

可以說(shuō)是IBM翻開了水冷技術(shù)的發(fā)展歷程，因?yàn)镮BM最先使用水冷技術(shù)的時(shí)間可以追溯到1966年。當(dāng)時(shí)，IBM推出了System/360型91大型計(jì)算機(jī)。這款計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)運(yùn)算速度最快、性能最強(qiáng)的機(jī)器，主要被設(shè)計(jì)用來(lái)處理科學(xué)應(yīng)用的高速數(shù)據(jù)處理（比如太空探索、亞原子物理學(xué)、全球氣候預(yù)測(cè)等等）。因此，為了確保 大型機(jī)在長(zhǎng)期的高速運(yùn)算中不會(huì)發(fā)生過(guò)熱而宕機(jī)的事件，IBM就研發(fā)了這種專門的水冷系統(tǒng)。

IBM 3081

IBM 3081型機(jī)是一款結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的大型機(jī)（誕生于1980年11月12日）。在這款機(jī)器上擁有兩個(gè)最具特色的高能效設(shè)計(jì)。其中一個(gè)是從大型機(jī)之前的68KW功耗降低到23KW，另外則內(nèi)置有水冷技術(shù)，在傳統(tǒng)的風(fēng)冷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還新增了散熱片。

2006年IBM研究人員展示了最新的旨在提高計(jì)算機(jī)芯片散熱效率的新技術(shù)：直射式散熱。這是一種水冷技術(shù)的新突破，在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中將水直接噴射至芯片背板，并隨后將吸附芯片熱量的水分吸干。這套系統(tǒng)采用了多達(dá)5萬(wàn)個(gè)噴嘴和1個(gè)復(fù)雜的樹狀回路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

IBM Power575

2008年4月，IBM展示了其首個(gè)采用水冷技術(shù)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Power 575.這款Unix機(jī)器包括 有14個(gè)內(nèi)置水冷管道的服務(wù)器。這些水冷管道通過(guò)機(jī)架直接接入到服務(wù)器上，并配合處理 器散熱器上的水冷銅座共同發(fā)揮作用。

Aquasar服務(wù)器內(nèi)部

2010年7月，IBM展示了首款采用“熱水”的超級(jí)計(jì)算機(jī)Aquasar.該超級(jí)計(jì)算機(jī)是IBM為蘇黎士瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。水冷技術(shù)的發(fā)展也由此而翻開了新的篇章。

打開該系統(tǒng)的刀片式服務(wù)器機(jī)箱就能發(fā)現(xiàn)，其主板上的每顆CPU都由液冷頭覆蓋，其間則使用細(xì)導(dǎo)管連接，導(dǎo)出機(jī)箱后再連接到更大型的回路系統(tǒng)中。水在處理器附近被加熱后，就會(huì)通過(guò)細(xì)管流入機(jī)房所在建筑的暖氣管道中，參與地暖系統(tǒng)供熱，熱量耗盡后冷卻再流回服務(wù)器形成循環(huán)。由于該系統(tǒng)被安置在普通風(fēng)冷機(jī)柜旁邊，除了液冷處理器散熱外，不需要其他任何散熱措施。

據(jù)稱，這款超級(jí)計(jì)算機(jī)相比同樣配置的風(fēng)冷超級(jí)計(jì)算機(jī)可減少40%的能耗。而且余熱還可以被用來(lái)對(duì)整個(gè)大學(xué)建筑物進(jìn)行取暖，Aquasar的碳排放也因此減少了85%.

液體冷卻實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

英特爾和Green Revolution Cooling將服務(wù)器浸入到250加侖的礦物油中，礦物油的溫度通過(guò)一個(gè)熱交換機(jī)保持低溫。英特爾的架構(gòu)工程師相信，通過(guò)控制服務(wù)器的熱度，及時(shí)的熱量轉(zhuǎn)移能夠提高處理器的處理速度。

礦物油冷卻系統(tǒng)

在礦物油冷卻系統(tǒng)中，一個(gè)熱交換機(jī)可以控制4個(gè)機(jī)架的礦物油溫度。在每個(gè)特制的機(jī)架中，有電源、網(wǎng)線接口等等。

礦物油冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不同于普通機(jī)架的一層一層的結(jié)構(gòu)，在礦物油冷卻系統(tǒng)的機(jī)架中，服務(wù)器是類似刀片的插入到礦物油中。

礦物油冷卻服務(wù)器

一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心需要設(shè)計(jì)服務(wù)器單元，需要空調(diào)單元并且一些其它建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)，但是采用礦物油冷卻技術(shù)，架構(gòu)的設(shè)計(jì)要求比較少。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這又為企業(yè)節(jié)省了費(fèi)用。

礦物油冷卻服務(wù)器

為期一年的測(cè)試結(jié)束后，英特爾表示在考察數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標(biāo)PUE上，礦物油冷卻系統(tǒng)能夠達(dá)到1.02至1.03，相比于傳統(tǒng)空氣冷卻的數(shù)據(jù)中心的1.8來(lái)比，有著巨大的節(jié)能提升。