什么是机架级冷却回路？
机架级冷却回路是一种热管理解决方案，旨在直接在数据中心内的服务器机架上散热。这些系统的设计目的是有效散去高性能计算（HPC）、人工智能工作负载和密集服务器部署所产生的热量。传统的机房冷却方法会调节整个数据中心楼层的温度，与之不同的是，机架级冷却侧重于从源头管理热量，即在服务器机架内部或紧邻服务器机架的位置。
这些系统通常集成了液体冷却技术，如后门热交换器（RDHx）、直接芯片冷却或通过闭环系统循环冷却液的机架内冷却装置。通过局部散热，机架级冷却回路有助于保持服务器的最佳工作温度，并提高整体能效，因此成为现代高密度计算环境的首选解决方案。
如何使用机架级冷却回路？
机架级冷却回路适用于现代数据中心，由于现代工作负载带来的热负荷增加，传统的空气冷却无法满足需要。这些系统在机架功率密度较高的环境中尤其有效，例如人工智能培训、高性能计算集群和企业级边缘部署。
一种常见的使用案例是集成后门热交换器 (RDHx)，这种热交换器安装在服务器机架的背面，使用冷冻液体吸收排风中的热量，然后再重新进入数据大厅。另一种方法是直接对芯片进行液体冷却，通过直接安装在CPU、GPU 或其他发热组件上的冷板输送冷却液。这些配置在一个封闭的回路中运行，通常连接到一个可调节液体温度和流量的设施冷却分配装置（CDU）。
通过将热量集中在机架一级，这些系统可减少对集中空调设备的压力，降低热热点风险，并实现更高的机架功率密度，这对于在不影响性能或正常运行时间的情况下扩展高级工作负载至关重要。
机架级冷却回路的优点
机架级冷却回路提供了一种有针对性的高效热管理方法，可帮助数据中心满足日益增长的高密度计算需求。通过专注于机架级散热，这些系统可实现更好的资源利用、更低的能耗和更具可扩展性的基础设施设计。
能源和热效率
与传统的空气系统相比，机架级环路采用液态冷却方法，可提供出色的热传导性能。这不仅提高了整体冷却性能，还大大降低了维持稳定温度所需的能耗。数据中心可从改善的能源使用效率（PUE）和降低的运营成本中获益。
更高的机架功率密度
机架级冷却回路能够更有效地从源头排出热量，从而支持在紧凑的空间内部署大功率服务器。这样，企业就可以运行人工智能、高性能计算和实时分析等要求苛刻的工作负载，而不受传统冷却方法的限制。
可扩展性和模块化
这些系统采用模块化集成设计，允许数据中心随着计算需求的增长逐步扩大冷却能力。冷却回路可添加到单个机架上，而无需更改更广泛的设施基础设施，从而支持分阶段部署并最大限度地减少停机时间。
增强系统可靠性
稳定的局部冷却可降低过热、热节流或硬件降级的风险。通过保持最佳的组件温度，机架级冷却回路有助于延长正常运行时间和提高长期系统可靠性，尤其适用于关键任务应用。
安装机架级冷却回路时的注意事项
在部署机架级冷却回路时，主要考虑因素之一是与现有基础设施的集成。设备必须评估当前的冷却分配系统是否能够支持新增的热负荷和流体路径要求。机架内部和周围的物理空间还必须能容纳额外的组件，如后门热交换器或冷板歧管，同时不影响气流、线缆管理或可访问性。
运行规划同样重要。数据中心团队需要确保适当的冷却剂质量、流量管理和冗余规划，以防止发生故障时停机。监测和控制系统应到位，以实时跟踪温度、压力和液位。此外，围绕可维护性的考虑因素，如易于维护和快速断开接头，对于最大限度地减少升级或维修期间的中断也至关重要。
液体冷却剂类型和管理
机架级冷却回路中使用的冷却液类型对系统性能、安全性和使用寿命起着至关重要的作用。常用的冷却剂包括水、水乙二醇混合物和介电流体。水和水乙二醇溶液因其热导率高、成本低而被广泛采用，但它们需要严格控制腐蚀、藻类生长和冰点。电介质液不导电，发生泄漏时更安全，通常用于直接芯片冷却或浸入式冷却装置，但价格较高，需要专门处理。
有效的冷却剂管理包括定期监控冷却剂的质量、温度和流速。设备还必须制定过滤、去离子和定期更换计划，以防止可能影响热效率的降解或污染。泄漏检测系统、压力释放机制和明确规定的维护规程对运行的安全性和可靠性至关重要。对技术人员进行流体处理和系统维修方面的适当培训，可确保长期性能并将风险降至最低。
常见问题
- 机架式冷却系统产生的噪音比传统冷却系统小吗？
是的，与传统的空气冷却相比，机架级冷却系统通常能降低噪音水平。通过最大限度地减少对高速风扇和大型计算机房空调（CRAC）装置的需求，这些系统有助于营造更安静的数据中心环境。 - 机架级冷却系统可以支持液-液或液-气热交换吗？
是的，机架级系统既可以设计成液-液热交换，也可以设计成液-气热交换。例如，后门热交换器通常使用液-气热交换，而直接芯片系统通常通过冷却分配装置使用液-液热交换。 - 哪些类型的工作负载最受益于机架级冷却？
人工智能模型训练、实时数据分析和科学模拟等具有高功率密度和持续计算需求的工作负载受益最大。这些应用会产生大量热量，超出传统空气冷却的能力。