数据中心的发展将在更小的空间内提供更多的计算能力，以整合工作负载并适应处理密集型应用程序，例如AI和数据分析，因此每个机柜产生了更多的热量，从而给冷却系统带来更大的压力。
在过去，机柜功率要求远低于20千瓦（kW）时，数据中心可以依靠空气冷却来维持安全范围温度。但如今高性能机柜可以轻松超过 20 kW、30 kW 或更高。很大程度上是因为这些机柜内服务器CPU和GPU的功耗和发热比前几代产品高得多，虽然一些空气冷却系统可以支持需要超过20 kW功率的机柜，但它们效率低下且维护复杂，导致数据中心需要考虑液体冷却。
在决定液体冷却与空气冷却时，还要许多因素需要考虑，本文介绍了这两种主要类型的数据中心冷却方法，比较它们的优缺点，然后讨论了在两者之间需要考虑的因素。
什么是风冷？
传统数据中心一直以来都使用空气冷却，并继续广泛使用，尽管多年来技术不断发展，冷却系统的效率越来越高，冷空气在硬件上吹过或循环，通过用较冷的空气交换较热的空气来散热，这种概念基本没有改变。
空气冷却之间的主要区别在于如何控制气流，这些系统通常应用在房间和机柜。
房间内的冷却空调系统将冷空气推入设备机房，空气在整个房间周围循环，现在许多房间的冷却系统都集成了热通道和冷通道，以更好地控制气流并对准设备，这样有助于节约能源并降低成本，这种配置还可以使用密封形式来更好地将热通道和冷通道彼此隔离。
机柜的冷却系统是专用于特定机柜，进一步加强，实现了比其他空气冷却方法更高的精度和效率，冷却装置通常安装在机柜上或机柜内。通过这种方式可以定制冷却能力以满足机柜的特定要求，从而实现更可控的性能和成本。
多年来，空气冷却已被证明是控制数据中心设备温度的有效措施。它背后的技术已经广为人知，并且在世界各地的数据中心广泛使用。熟悉空气冷却的人员能够保持数据中心运行所需的条件。维护这些系统的过程相对较为简单，已经有大量的行业经验可以参考。
空气冷却的缺点
但空气冷却也不能满足数据中心对温度的所有需求。首要就是它无法满足现代工作负载需求，空气冷却根本无法跟上热量增加和功耗负荷。在某些时候，空气冷却的持续投入增加了系统复杂性，也不再是合理的。空气冷却已经占数据中心运营支出的很大一部分。不断上涨的能源成本只会加剧这个问题。
面临的潜在问题是尽管空气冷却被广泛使用，但它并不是一种有效的散热方案，所以需要一种更好的冷却方法来满足现代工作负载的需求。
什么是液体冷却？
许多数据中心已经开始采用液体冷却，水和其他液体在传递热量方面的效率远远高于空气，随着计算密度增加，能耗热量越来越高的情况下，使用液体冷却比空气导热效率高出50到1000倍，能有效解决空气冷却系统带来不足的问题。
数据中心使用基于液体的冷却技术通常分为三类：芯片冷却，背板换热器和浸入式冷却。
芯片冷却是将冷却系统直接集成到计算机的机箱中。将冷却液体输送到冷却板上，冷却板直接位于CPU，GPU或存储卡等组件旁边，小管将冷却液体输送到每个板上，液体从下面的组件中吸收热量。然后将温热的液体循环到冷却装置或热交换器。冷却后，液体再循环回冷却板。
类似的概念可以将背板换热器应用于机柜。在这种情况下，换热器安装在机柜的背面，以代替其背板，服务器风扇通过换热器散发热量，液体通过进行热交换的闭环系统循环，虽然过程因系统而异，但背板冷却方法通常包括一个贯穿换热器的封闭式冷却液和一个用于在冷却液循环时降低冷却液温度的系统，该系统可能只是一个局部冷却装置，但它也可能是更多选择的一部分。例如，冷却剂可能通过管道输送到地下以降低其温度。
浸入式冷却是一项取得进展的新技术，在这种方法中，所有内部服务器组件都浸没在不导电介电液中。组件和液体被包裹在密封的容器中，以防止泄漏。组件的热量被传递到冷却剂，这一过程需要的能量远远少于其他方法。浸入式冷却可以是单相或两相。在单相冷却时，冷却剂连续循环和冷却以散热。在两相系统中，使用低沸点的冷却剂。当冷却剂沸腾时，它变成蒸汽并上升到容器盖，在那里它被冷却并冷凝回液体。
由于液体冷却可以比空气更好地传导热量，因此它可以更有效地处理数据中心发出的热量，从而帮助适应计算密集型应用。此外，液体冷却显着降低了能耗，并且与许多空气冷却系统相比，它使用更少的水，从而降低了运营成本并建立了更具可持续性的数据中心。液体冷却还占用更少的空间，产生更少的噪音，并有助于延长计算机硬件的使用寿命。
液体冷却的缺点
尽管有这些优点，但液体冷却也有其缺点。除了更高的成本支出之外，泄漏风险也是许多IT专业人员的担忧，尤其是在直接到芯片冷却的情 况下。如果发生泄漏，可能会对硬件产生破坏性影响。
液体冷却还需要IT和数据中心运营商学习新的技术和新的管理框架，这代表着一项重大任务和额外的运营成本。
选择空气冷却与液体冷却时需要考虑的因素
在建立的新数据中心或更新现有数据中心可能正在评估是实施液体冷却还是坚持使用经过验证的空气冷却，为了在两者之间做出决定，他们还需要考虑几个重要的因素。
价格
成本是选择数据中心冷却方法的决定性因素，但获得真正的总拥有成本（TCO）可能是一个复杂的过程，液体冷却通常被认为具有更高的资本支出，然而一些业内人士开始质疑这一假设，根据施耐德电气进行的一项成本研究，10 kW 机柜的基于底盘的浸入式冷却液与使用热通道封闭的空气冷却机柜相当。液体冷却带来的更高效率也可以转化为更低的运营支出，特别是随着数量的增加。
此外液体冷却使用的电力和水较少，尤其是在缺水地区，而且液体冷却通常需要特殊的培训或人员来操作和维护，并且管理系统更加复杂和耗时，这可能会增加运营成本。IT管理员和现场维护人员相对更熟悉风冷系统，并且它们的成本通常较低。
在评估 TCO 时，还应考虑计算机本身。液体冷却可以支持更大的计算密度，同时减少数据中心的占用空间，从而提高空间利用率并降低成本，更高密度的支持可以处理密集型工作负载，支持这些工作负载可以转化为额外的收入，有助于抵消成本支出和运营支出。
可持续发展
数据中心运营商面临着比以往更大的压力，需要使其数据中心更具可持续性。这种压力不仅来自客户，还来自员工、股东、投资公司、政府和广大公众。与此同时，运营商正试图应对工作负载密度增加和数据量增长带来的挑战，这可能会影响资源使用。
迈向更环保的数据中心应该考虑液体冷却而不是空气冷却，因为它使用更少的电力和水，并且可以更轻松地适应更密集的工作负载和数据量。鉴于可持续性的压力越来越大，液体冷却可能成为唯一可行的选择，因此应该为过渡做好准备。
前途
随着数据中心争先恐后地利用空间和IT整合工作负载以提高效率，密度在未来几年只会增长，此外，大多数组织可能会转向更具可持续性的数据中心，这带来了一系列挑战。在某些时候，液体冷却可能成为唯一可行的选择，尽管不必急于利用它。但应该为它的到来做好准备。
技术成熟度在冷却选择中的作用
背板换热器在数据中心变得越来越普遍，其他形式的液体冷却已经开始取得重要进展。然而，液体冷却仍然是一个相对年轻的行业，当涉及到大型机器和超级计算机以外的任何东西，很难判断哪些技术将成为主流，这些技术将如何标准化，或者四五年后将会揭晓。
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