什么是液体冷却？
液体冷却是一种先进的冷却方法，用于管理高性能计算系统、服务器和数据中心产生的热量。与依赖风扇和气流的传统空气冷却不同，液体冷却使用液体介质--通常是水或专用冷却剂--来吸收和转移CPU、GPU 和其他发热硬件等关键部件的热量。
为了有效运行，液体冷却系统需要多项专业技术。这些技术包括：直接安装在组件上以促进热传递的冷板；帮助冷却剂在系统中循环的冷却剂分配模块（CDM）和冷却剂分配单元（CDU）；以及在组件和外部冷却设施（包括热交换器或冷却器）之间输送冷却剂的管道，以去除液体中吸收的热量。
液体冷却的设计目的是有效地去除在高计算工作量下运行的系统中的热量，因此在人工智能（AI）、机器学习（ML）、高性能计算（HPC）和数据中心等应用中至关重要，而传统的冷却方法可能无法满足这些应用的要求。液体冷却的功效在于液体的导热性优于空气，因此散热更快，运行环境更稳定。
液体冷却类型
目前有多种液体冷却技术在使用。以下是最著名的例子。
直接芯片液体冷却
直接芯片液体冷却，也称为 DLC，是数据中心最常见的液体冷却方式之一。在这种方法中，冷板直接连接到处理器或其他发热组件上。这些板中充满液体冷却剂，通过管道闭环系统吸收热量并将其带走。DLC 可为单个组件提供针对性极强的冷却，因此非常适合精度要求极高的高性能计算环境。
浸入式冷却
浸入式冷却是指将整个服务器组件或硬件浸入不导电的液体冷却剂中。这种方法可确保热量被周围的液体有效吸收，与传统冷却方法相比，可显著降低热阻。浸入式冷却在处理要求极高的环境中非常有效，因为它可以同时冷却多个组件，同时降低能耗和噪音。
后车门热交换器
后门热交换器安装在服务器机架的背面，在热量离开服务器时使用液态冷却剂捕获和散热。这种方法不会干扰内部组件，而是在机架出口处捕获热量，无需复杂的安装即可有效散热。后门热交换器非常适合为现有数据中心加装液体冷却功能，而无需对硬件进行重大改动。
液-气冷却
液-气冷却是一种混合方法，利用液体吸收内部元件的热量，然后通过气流或外部空气冷却热交换器冷却加热的液体。这种方法适用于需要液体冷却，但直接采用浸入式或直接到芯片解决方案不切实际或不可能的情况。它为系统设计提供了灵活性，同时还能受益于液体冷却的效率。
液体冷却技术发展时间表
- 20 世纪 60 年代初最初的概念
- 20 世纪 60 年代，液冷技术首次被用于管理早期高性能计算系统（如 IBM 的 Stretch (7030)）产生的热量。
- 流体作为一种更有效的散热介质被引入。
- 1980s:大型机的液体冷却
- 大型主机计算机，如 IBM 的 System/360，利用液体冷却来处理不断增加的热负荷。
- 水冷系统的实施提高了数据密集型环境的运行效率。
- 21 世纪初：高性能计算（HPC）的兴起
- 随着对更好的热管理需求的增加，液体冷却再次受到关注，尤其是在高性能计算（HPC）领域。
- 直接芯片冷却技术的推出，使密集计算环境中特定组件的定向冷却成为可能。
- 2010 年代中期：浸入式冷却和数据中心的采用
- 随着对计算能力的要求不断提高，浸入式冷却技术在超大规模数据中心得到了广泛应用。
- 这种方法可以有效冷却多台服务器，降低能耗，提高整体运行稳定性。
- 2020s:广泛应用于人工智能、机器学习和边缘计算
- 液冷对于处理人工智能（AI）、机器学习（ML）和边缘计算等先进技术产生的热量至关重要。
- 数据中心越来越多地采用液体冷却解决方案，以满足能效目标和现代应用的高计算要求。
数据中心以外的液体冷却应用
由于液体冷却能够管理服务器和IT 基础设施的高热负荷，因此通常与数据中心联系在一起，但其应用范围远远超出了这一环境。研究机构和科学实验室的高性能计算 (HPC) 系统在进行气候建模和基因测序等要求苛刻的模拟时，需要依靠液体冷却来保持性能。同样，汽车行业也使用液体冷却来管理电动汽车 (EV) 电池、电机和自动驾驶技术中使用的先进处理器产生的热量。这些应用表明，液体冷却对于管理各行各业先进、高能耗系统的热量至关重要。
除计算机和汽车领域外，液冷技术还应用于电信和工业领域。随着 5G 基础设施的发展，电信公司利用液体冷却来管理高密度网络设备产生的热量。在工业制造领域，机器人、激光机和其他大功率设备使用液体冷却来确保运行稳定性并防止过热。甚至在医疗保健领域，包括核磁共振成像和 CT 扫描仪在内的医疗成像设备也使用液体冷却，以确保性能稳定和使用寿命长。这些多样化的应用凸显了液体冷却作为热管理解决方案在不同行业的多样性。
液体冷却的商业利益
液体冷却因其毋庸置疑的优势而广泛应用于各种工业领域。其优点包括
- 能源效率：与空气冷却系统相比，可降低总体能耗，从而降低能源成本。
- 更高的硬件密度：在更小的空间内支持更多的设备，而不会有过热的风险，最大限度地提高设施的使用率。
- 减少维护：比风冷系统更可靠，从而降低了维护和维修成本。
- 延长硬件寿命：使关键部件保持低温，延长运行寿命，减少更换频率。
- 降低运营成本：减少对冷却基础设施的需求，降低长期开支。
- 运行更安静：减少对嘈杂风扇的依赖，为数据中心或工业空间创造更安静的环境。
常见问题
- 液体冷却对硬件安全吗？
是的，如果安装和维护得当，液体冷却对硬件是安全的。现代液体冷却解决方案采用不导电的冷却剂和安全的接头设计，可防止泄漏，确保安全运行，不会有损坏敏感元件的风险。 - 液体冷却是否比空气冷却更好？
是的，液体冷却通常比空气冷却更有效，尤其是对于高性能系统。液体具有更好的导热性，能更有效地带走热量，使组件保持更低的温度。这可以提高性能、降低能耗、延长硬件寿命，尤其是在传统风冷难以维持理想温度的环境中。 - 液体冷却系统的使用寿命有多长？
如果维护得当，液体冷却系统通常可以使用数年。使用寿命取决于各种因素，如部件的质量、使用的冷却剂类型以及定期维护，包括更换冷却剂和确保无泄漏。据了解，维护良好的系统可可靠运行 5 到 10 年或更长时间。 - 液体冷却是否需要更多维护？
与空气冷却相比，液体冷却需要额外的维护，如定期更换冷却剂和检查泄漏。不过，现代液体冷却系统的设计维护成本相对较低，冷却性能和硬件寿命方面的优势往往超过所需的额外工作。