为了提高计算能力并保持数据中心在健康的温度下运行，许多组织已经从空气冷却过渡到液体冷却。数据中心继续将更多的计算能力装入更小的空间，以整合工作负载并容纳和处理密集型应用程序，例如人工智能和高级分析。因此，数据中心机架消耗更多的能源并产生更多的热量，给数据中心的冷却系统带来更大的压力，以确保安全和高效的运行。从历史上看，数据中心可能依赖空气冷却技术来维持适当的工作温度。保持更高的功率密度是空气冷却的重大挑战，促使许多组织考虑液体冷却技术。在讨论采用液体冷却还是空气冷却技术时，需要考虑许多因素。下面介绍两种主要的数据中心冷却方法，并比较它们的优缺点和成本。什么是风冷？风冷技术从一开始就应用于数据中心，并持续得到广泛应用。尽管多年来冷却技术不断发展，冷却系统变得更加高效，但基本概念保持不变。冷空气在硬件周围循环，通过热空气与冷空气交换来散热。空气冷却系统之间的主要区别在于它们如何控制气流。这些系统通常分为三种类型：基于房间、基于行和基于机架。有几种类型的基于房间的系统。空气可以在整个房间内循环，或者可以将靠近设备的地板抬高，让冷空气从地板下面通过以进行冷却。基于房间的冷却系统集成了冷热通道，可以更好地控制气流和设备。在更先进的冷却系统中，遏制技术可用于更精确地引导气流。使用基于行的方法，每一行都包含专门的冷却单元，以特定设备的气流为目标。这种方法提高了冷却效率并降低了引导气流所需的风扇功率。基于机架的系统通过将冷却单元专用于特定机架，比其他方法具有更高的精度和效率，从而使冷却更进一步。但是这个系统需要更多的冷却设备并产生更多的复杂性。多年来，空气冷却已被证明是保护数据中心设备的宝贵工具。其背后的技术众所周知并得到广泛部署。数据中心人员通常熟悉空气冷却以及保持其运行所需的条件，并且维护这些系统是一个简单的过程，并拥有丰富的行业经验。空气冷却的缺点不幸的是，空气冷却技术也面临着一些挑战。最重要的是，它无法满足现代工作负载需求。风冷根本跟不上功率密度的提升和大工作负载的发展。在某些时候，空气冷却的资本支出不再合理。空气冷却已经占数据中心运营成本的很大一部分，而不断上涨的能源成本只会加剧这个问题。用水限制和成本也可能对依赖蒸发冷却或冷却塔的风冷系统提出挑战。此外，更高的功率密度导致部署更多的冷却风扇和水泵，使数据中心更加嘈杂，因此工作人员必须佩戴听力保护设备。根本问题是，尽管空气得到广泛使用，但它仍然不是一种有效的传热介质，因此需要更好的冷却解决方案来满足当今数据中心的需求。什么是液冷？数据中心已经开始采用液体冷却，而不仅仅是在大型机和超级计算机应用中。水和其他液体的传热效率比空气高得多，有助于解决风冷系统带来的一些挑战，尤其是提高功率密度。一种越来越受欢迎的液体冷却技术是直接基板冷却。在这种配置中，冷却板直接位于CPU、GPU或存储设备等组件旁边。通过连接到底板上的细管将冷水带入并带走温水。然后温水被冷却并再循环以冷却装置。类似的概念可以应用于机架或服务器级别。水或其他类型的冷却剂循环通过闭环系统进行热交换。虽然它们的确切冷却过程因溶液而异，但它们通常使用冷却剂的闭环、散热的交换器以及在冷却剂循环时降低冷却剂温度的机制。例如，可以将交换机安装在机架的背面，另一侧安装风扇，以改善空气流通和散热。另一个系统可能会将冷却剂输送到地板下的管道以提供冷却。浸没式冷却技术正在取得新进展。在这种方法中，所有服务器组件都浸没在不导电的冷却剂中，然后将组件和冷却剂密封在密封容器中以防止泄漏。这样，来自部件的热量被传递给冷却剂，冷却剂循环冷却以持续散热。由于液体冷却比空气更好地导热，它可以更有效地处理数据中心不断增长的功率密度，有助于满足计算密集型应用程序的需求。此外，与许多风冷系统相比，液体冷却可大幅降低能耗并使用更少的水，从而降低运营成本。液体冷却还占用更少的空间并产生更少的噪音。液体冷却的缺点尽管有这些优点，液体冷却也有其缺点。除了更高的资本支出外，还需要IT员工和数据中心管理员学习新技能并采用新的管理框架，这可能是一项艰巨的任务。这也可能意味着为数据中心引入新的运营人员或技术顾问，进一步降低运营成本优势。此外，液体冷却市场仍在成熟，技术范围广泛，导致专有产品和供应商锁定的风险。选择空气冷却或液体冷却时要考虑的因素建设新数据中心或更新现有数据中心的组织可能正在评估现在是实施液体冷却还是坚持使用空气冷却技术的好时机。如果是这样，他们需要考虑以下重要因素：(1)成本成本无疑是决定因素之一，但达到真正的总拥有成本(TCO)可能是一个复杂的过程。尽管液体冷却具有更高的资本支出，但其更高的效率转化为更低的运营支出，尤其是随着功率密度的增长。此外，液体冷却使用更少的电力和水，这在缺水地区尤为重要。另一方面，供应商锁定的风险可能会影响长期总拥有成本。评估系统时还应考虑服务器本身。液冷可以支持更高的计算密度，同时占用更少的数据中心空间，提高空间利用率，降低成本。支持更高的功率密度可以使由于空气冷却限制而无法执行处理密集型工作负载的组织受益。支持这些工作负载可以转化为额外的成本节约。(2)易于安装和维护另一个重要的考虑因素是部署和维护冷却系统需要采取的步骤。使用空气冷却技术，操作设备和更换组件通常很简单。这并不是说空气冷却不会面临其自身的挑战，例如持续的水处理或机械维护，但它可以提供更多支持。液体冷却代表了一种新的思维和工作方式。IT和数据中心团队将面临艰难的学习曲线，在某些情况下，可能需要依赖供应商进行日常维护。例如，如果IT部门需要更换使用浸入式冷却的服务器中的内存怎么办？在分析成本时，组织必须评估部署和维护冷却系统的所有影响。(3)效率一些组织不支持需要高功率密度的高级工作负载类型，因此可能无法过渡到液体冷却技术。也就是说，随着数据中心运营商更好地利用数据中心占地面积以及IT整合工作负载以提高效率，功率密度只会在未来几年内增长。在某些时候，液体冷却技术可能成为唯一可行的选择，但这并不意味着组织必须急于采用。在决定采用液体冷却还是空气冷却技术时，其他考虑因素也会发挥重要作用。例如，一个组织可能正在转向更环保的数据中心实践，并可能希望采用液体冷却等技术，它使用更少的资源并且更安静。位置也可能是一个因素。在北极附近运行的数据中心会使用大量冷空气，而在工厂附近或其他恶劣环境中运行的数据中心可能难以维护空气冷却系统。在拥挤的城市环境中，数据中心可能需要提高功率密度以最大化占地面积。地方法规、税收优惠或类似问题也可以发挥作用。技术成熟度在冷却选择中的作用液体冷却面临的最大挑战之一是，在大型机和超级计算机应用之外，这是一个新兴行业。因此，很难判断哪些冷却技术将成为领导者，如何对这些冷却技术进行标准化，或者四五年后会发生什么。通过空气冷却，组织知道他们正在进入什么领域，但他们的长期采用可能会受到限制。不需要仓促做出决定的组织可能会采取观望态度来采用液体冷却技术。那些已经感受到危机的组织可能会考虑采用分阶段的液体冷却方法。
