昨天我们介绍了什么是根服务器？根服务器对网络通讯的作用。今天，我们继续解析《流浪地球2》中“泡在水里的服务器——液冷”。
1.什么是数据中心？
这里首先介绍下存储服务器的地方——数据中心。在很多人看来，数据中心就是存储服务器的机房，为机构、个人提供计算、存储、安全等方面的全方位数据服务。在我国，提供数据中心服务的既有移动、电信、联通这些传统运营商，也有阿里、腾讯、华为这些提供大型IT服务的企业。
数据中心的发展经历了三个阶段：
第一代的数据中心只提供场地、带宽等基础托管服务，也就是租赁机房。
第二代的数据中心则是以增值服务和电子商务作为其服务的核心。
第三代的数据中心能够提供融合的托管服务，可以实时地将互联网信息、电话信息、传真信息等集成在一起，再以客户最容易接受的方式提供给客户。这也是今天大家所熟知的IDC（互联网数据中心，Internet Data Center）。
2020年，“大数据中心”被列入“新基建”重点扶持领域，自此，我国数据中心产业进入快速发展阶段，之后，发改委出台一系列政策，尤其是2021年7月出台《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，2022年2月的“东数西算”工程，数据中心产业开始进入“高技术、高算力、高能效和高安全”的新型绿色数据中心高质量发展阶段。
2.数据中心散热技术面临挑战
数据中心的服务器是7*24小时工作，这种不间断的工作状态带来的不仅是电力的消耗，更重要的是服务器如何有效散热。
主要挑战如下：
1）在算力与AI驱动下，服务器设计功耗值都在不断提高，进而导致单机柜功耗持续增长，2015到2020年典型机柜的功率已经从约12千瓦上升到15千瓦左右，高功耗机柜的功率也从32千瓦上升到 39千瓦左右（如下图），急需有效散热技术。
2）统计显示， 2018年，全国数据中心总耗电量1500亿千瓦时，达到了社会总用电量的2%，预计到2025年，占比将增加一倍，达到4.05%。
3）国家、地方、行业不断出台越来越严苛的节能政策，例如2019年1月上海市经信委发布了指导意见，规定新建互联网数据中心的PUE值严格控制在1.3以下，改建互联网数据中心的PUE值严格控制在1.4以下，数据中心面临降低PUE的政策挑战。
在此背景下，选择高效的散热技术迫在眉睫。
3.数据中心散热技术的选择？
-风冷：
顾名思义，风冷是用空气作为媒介冷却。例如外界的自然风，或是借助空调设备，使用风扇带走散热器所吸收的热量。选择风冷散热，要么数据中心需要建设在风力资源丰富的地方，例如阿里在河北张北建设的数据中心，张北被称为“风的故乡”，这里全年平均气温在2.3℃，一年里大约有85%以上的天气可以通过自然风来散热，不需要依赖空调设备，大大节省了对电能的损耗。但是风冷对自然条件要求很高。
-水冷：
即采用水冷式冷水机组制冷系统进行服务器散热。相比风冷式冷水机组制冷系统，节能20%左右。水循环制冷系统冷却主要采用由冷却塔、冷却水循环泵、冷水机组、冷水循环泵组成的制冷系统进行制冷供冷。
但是水不是绝缘体，只能通过间接接触液体进行冷却。如果漏水，则可能会对服务器等IT设备造成严重损坏，引起服务器宕机甚至终端的各类数据交易、应用。
例如阿里在千岛湖的数据中心。千岛湖年平均气温17度，深层湖水水温常年恒定。在千岛湖数据中心，深层湖水(35米以下的湖水)通过完全密闭的管道流经数据中心，帮助服务器降温，再流经2.5公里的青溪新城中轴溪，作为城市景观呈现，自然冷却后最终洁净地回到千岛湖。大大节约对电能和碳排放的消耗。
-液冷：与风冷、水冷相比，液冷是一种革命性技术。
液冷是指通过某种液体（例如水、氟化液或某种不导电的油）来替代空气， 把CPU、内存条、芯片组、扩展卡等器件在运行时所产生的热量带走。
液冷技术可以分为如下类别：冷板（间接接触），浸没（直接接触），风液混合。
以上三种液冷技术均可用于数据中心，可实现数据中心的PUE降低，那么哪种液冷技术最适合推广呢？
1）冷板式液冷：间接接触，采用液体作为传热工质在冷板内部流道流动，通过热传递对热源实现冷却的非接触液体冷却技术。其中，热量通过装配在需要冷却的电子元器件上的冷板，再通过冷板与液体工质的热交换实现的方式，称为非接触式液冷。
相比于直接接触的浸没液冷，冷板液冷：成本相对低，不改变客户的使用习惯，硬盘、光模块等部件与风冷一致，运维模式、机房承重与风冷场景也基本一致。
例如电影《流浪地球2》中出现的“中科曙光”，主要提供冷板液冷服务。
2）浸没液冷：直接接触。直接浸没式液冷数据中心又可分为双相浸没式液冷与单相浸没式液冷。
双相与单相浸没液冷都是将服务器浸泡在不导电的液体中，冷却液吸收IT设备的热量升温后经热交换设施传热给冷却系统，不同的是双相浸没是“汽-水换热”，冷却液吸收热量后蒸发成汽态，经过容器上部的换热器后冷凝成液态并回流到容器内，双相浸没是一种非常节能的冷却技术，可将冷却系统的能耗降到最低，但是因为需要将换热器布置在容器的顶部并做成环形，当换热器维护、更换或故障时，必须停止容器内IT设备的运行，难以做到可“在线维护”的高可用等级。
单相浸没是“液体-水”换热，冷却液吸收IT设备热量后仅升温（不发生相变），循环经换热器散热，较双相浸没虽然增加了液体循环泵，但是可将换热器与容器进行分离，并做适度冗余，可实现在线维护，满足云计算的连续性要求。另外从数据中心的规模应用角度，双相浸没由于汽态物质的存在，容器不得不按照压力容器进行设计，压力控制相对复杂，工程化难度高。
可以看出，单相浸没液冷易实现在线维护、压力控制相对简单，易工程化，适用于通用型云计算与云数据中心。单相浸没液冷数据中心最重要的特征是同时实现高能效与高可用等级，数据中心整体可用性等级接近T4（相当于国标A级）。例如，阿里选择的“单相浸没液冷技术”。
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