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几种"奇葩"的散热方式

2021-7-8 15:04| 发布者: admin| 查看: 60| 评论: 0|来自: 公众号“热设计”

摘要: 介绍几种比较特别的数据中心散热方式。下面这个“麒麟”就是阿里自主研发的装置——液冷服务器集群!它可以把大型服务器集群的单位运算能力提高10倍。而污染率、噪音指数等几乎都接近零!阿里有套非常先进的超大规模 ...

介绍几种比较特别的数据中心散热方式。

下面这个“麒麟”就是阿里自主研发的装置——液冷服务器集群!它可以把大型服务器集群的单位运算能力提高10倍。而污染率、噪音指数等几乎都接近零!

阿里有套非常先进的超大规模通用计算操作系统叫做“飞天”,而该系统未来的海量计算服务和数据就都会跑在这“麒麟”上。从照片里你可以看到服务器的“刀片”都泡在一种特殊的绝缘冷却液里,极速运算的服务器产生大量热量可被冷却液直接吸收进入外循环冷却,全程用于散热的能耗也几乎为零。这种液体降温是一种极为高效的降温散热方式,但运用到商用服务器集群上还是头一次。“麒麟”的PUE(能源使用率)值已经接近1.0。阿里之前推出过的深层湖水制冷数据中心的PUE也仅仅低于1.3,还有现在比较先进的自然风冷数据中心PUE也不过低于1.25。


为解决数据中心的散热问题,工程师们操碎了心。


早前,Facebook、Google都将自家的数据中心建在寒冷的北欧国家。之前有传言说微软计划在海底建数据中心,通过“极度深寒”来为服务器等设备降温,微软一直计划在海底建设自给型数据中心。

瑞典的Pionen数据中心建在了地下30米处

Facebook的数据中心距离北极圈只有100公里


海水/生活废水冷却


上善若水,水的确是一种好东西。


据测算,水能带走热量的能力比空气高4000倍;而且,数据中心的冷却系统并不需要纯净水,不仅江河湖海的水可以,甚至回收之后的生活废水也可以。

Google数据中心的冷却系统


Google则充分利用了海水进行散热,在芬兰的哈米纳建立了一座这样的数据中心。Google还与佐治亚州道格拉斯的污水管理局合作,通过使用生活废水来带走当地数据中心大部分的热量。

除了海水和生活废水,工程师们对于水的运用也发挥到了极致。Facebook等公司通过部署水处理厂和雨水收集系统,形成独立的供水系统,并以此为数据中心散热。而坐落于瑞士空军原指挥与控制中心旧址之上的Deltalis Radixcloud数据中心则充分利用冷空气与冰川水两大丰富资源,将冷却成本降至最低。

目前,水冷已经被越来越多的数据中心采纳,并取得了良好的效果。


湖水制冷

阿里巴巴千岛湖数据中心采用湖水进行自然冷却,这使得其年平均PUE低于1.3,最低的时候可以达到1.17。

阿里巴巴千岛湖数据中心采用湖水制冷


据测算,阿里巴巴千岛湖数据中心90%的时间都可以单纯依靠湖水制冷,其制冷能耗降低80%,和目前国内平均水平相比,全年可节电千万度,碳减排一万多吨标煤。

从数据来看,阿里巴巴千岛湖数据中心已是非常牛x,但这还不算最牛x。

阿里巴巴千岛湖数据中心最牛x的是将自然、城市和科技进行了完美的结合。


据说,淳安县规划了一个青溪新城,它需要一条**水景为城市增加活力,同时也计划成为市民休闲娱乐的场所。但是问题来了!尽管青溪新城被湖水环绕,但却并没有水源,所以需要抽取湖水。而仅仅为了一个景观水系,而每年耗费大量资金去抽水,这显然是不科学的。于是,阿里巴巴的工程师们就想到了湖水制冷的方法,这样既可以解决新城的景观水问题,也可以用更环保的方式为数据中心降温。

更为霸道的是,18-20度的湖水被抽上来,为千岛湖数据中心散热之后,再经过2.5公里的景观水道,返回到湖里时,其水温变化不大,而且所有指标均通过了环保部门的考评,因此对生态无任何不良影响。


油冷散热


油冷散热其实是从水冷进化而来。相较于传统的水冷方式,油冷能够进一步降低能耗。


比如,加州大学的Flometrics Chilldyne酷弗洛负压液体冷却系统,吸取了NASA对火箭发动机和固定热插拔连接器进行冷却的灵感,也就是通过负液压系统隔离单个服务器。套系统比传统的液冷方式能够降低25%-35%的能耗。而更早之前,Intel曾联合一家名为Green Revolution Cooling的公司,设计出一套采用矿物油进行降温的方案。

Intel的矿物油冷却


如果采用矿物油冷却技术,那么传统风冷所面对的灰尘问题不复存在,且能耗低得多。而与水不同的是,矿物油是非极性物质,不会对电子集成回路产生影响,对服务器内部硬件不会有损坏。做一个形象的类比,你的手机掉入水中,十有八九会出问题,而掉入油中的话,则不会出现问题。

为了考察矿物油冷却系统的能耗,Intel还做了为期一年的测试。最终的结果令人瞠目结舌,该系统的PUE低至1.02-1.03,已经非常非常接近极限值1。而传统的风冷数据中心,通常PUE都在1.8左右,比较来看,矿物油冷却系统拥有极为显著的节能效果。


热水冷却

热水冷却,这是要闹哪样?其实很简单,温度的冷热是相对的,只要热水的温度在一个合理的数值,就可以为数据中心降温。

因此,也不是所有的数据中心都建设在极寒之地,比如eBay在美国凤凰城的数据中心就处在沙漠之中。据说,这座数据中心的室外平均温度约为46摄氏度!这可怎么办?

eBay位于沙漠之中的数据中心


工程师们反其道而行之,采用了“非主流”的热水冷却技术实现降温。具体的解决办法是这样的,工程师们在数据中心外围的塔罐里注入了温度约为30.5摄氏度的“热水”,以此来避免数据中心的服务器过热,从而最终达到“冷却”的效果。


这种降温方式确实是够奇葩的,毕竟在常规的理解中,水温比较低的话会有更好的冷却效果。不过还有的问题是,这个数据中心的“热水”是从哪里来的?其带走的热量又到哪里去了?eBay也没有给出明确的说法。


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