液冷完美应用案例
随着技术和产品的革新，近几年来一些数据中心甚至开始用矿物油或者液态氮来推动数据中心硬件的极限效能。我们现在可以看到越来越多新奇技术的应用，像是老式的浸没服务器冷却罩，液体刀片服务器，矿物油冷却服务器等等。
我们认为采用这些新奇技术所节省下来的成本是相当可观的，企业可以不必维护庞大的冷媒压缩机、管线、散热水槽与风扇等设备，在目前日益重视的节能与成本议题上，服务器油冷设备的确显现了不错的竞争力。但在一线的机房人员会如何看待些装置我们还不得而知，只是这些炫酷的技术就已经把我们带进花花水世界，让我们应接不暇了吧。
首先我们要来看一个液冷应用的非常好的案例。在 Intel 与油冷设备厂商 Green Revolution Cooling 历经一年的合作测试下，服务器油冷散热无论在冷却与节能效率上皆能轻易击败传统空冷形式，而且 Green Revolution Cooling 认为这项装置兼顾了安全性与硬件可靠性，并且仍有进步的空间。
▲工作人员将服务器浸入矿物油
在这项为期长达一年的试验中，英特尔利用矿物油对服务器进行冷却，比较与传统的空气冷却技术的耗能。实验数据表明矿物油冷却技术比传统的空气冷却的耗能要低90%至95%。
▲矿物油冷却服务器
Green Revolution Cooling (GRC)，是一家位于德克萨斯州的成立两年的公司，主要是提供液体冷却技术解决方案。在2009年超级计算机大会上，Green Revolution Cooling 推出了矿物油制冷技术，并且在2010年的超算大会上被选为2009年年度突破性技术。他们利用比热容是空气的1200倍的一种矿物油来对服务器进行冷却，使得冷却耗能最高节省了95%。
水冷技术发展及典型代表
1964-1990期间，大型主机采用的是水冷技术。然后，出现了互补金属氧化物半导体晶体管制造技术。该发明大大降低了芯片自身运行时产生的热量并且能把热量排给空气制冷设备。在很多年里，水冷技术也一直被高性能个人计算机所使用。由于笔记本电脑内部空间狭小，空气制冷却起不到应有的作用，所以许多笔记本系统都是采用水冷技术。
▲水冷服务器内部
尽管水冷技术更实用，但由于低热负荷时空气制冷却成本也较低，所以IT产业转向使用空气制冷却。但随着时间推移，芯片越发密集，工作频率一路飙升，这两个因素都导致了电力需求和处理器热排量呈指数倍上升。
在计算机发展过程中，我们经常把系统性能限制认定为“运算约束”或是“I/O约束”。而今天的处理器则是“热约束”。在传导热方面，水比空气有效得多。用于冷却时，水大约比空气有效3500倍。
▲水冷服务器
有了水冷处理器，芯片和服务器厂商无形中被赋予了开发超大运算能力的机会。试想一下，使用一个更有效的冷却技术可能带来的成本节约和数据中心的成长可能性。
可以说是IBM翻开了水冷技术的发展历程，因为IBM最先使用水冷技术的时间可以追溯到1966年。当时，IBM推出了System/360型91大型计算机。这款计算机是当时运算速度最快、性能最强的机器，主要被设计用来处理科学应用的高速数据处理(比如太空探索、亚原子物理学、全球气候预测等等)。因此，为了确保 大型机在长期的高速运算中不会发生过热而宕机的事件，IBM就研发了这种专门的水冷系统。
▲IBM 3081
IBM 3081型机是一款结构非常复杂的大型机(诞生于1980年11月12日)。在这款机器上拥有两个最具特色的高能效设计。其中一个是从大型机之前的68KW功耗降低到23KW，另外则内置有水冷技术，在传统的风冷设计的基础上还新增了散热片。
2006年IBM研究人员展示了最新的旨在提高计算机芯片散热效率的新技术:直射式散热。这是一种水冷技术的新突破，在一个密闭的系统中将水直接喷射至芯片背板，并随后将吸附芯片热量的水分吸干。这套系统采用了多达5万个喷嘴和1个复杂的树状回路结构系统。
▲IBM Power575
2008年4月，IBM展示了其首个采用水冷技术的超级计算机Power 575。这款Unix机器包括 有14个内置水冷管道的服务器。这些水冷管道通过机架直接接入到服务器上，并配合处理 器散热器上的水冷铜座共同发挥作用。
▲Aquasar服务器内部
2010年7月，IBM展示了首款采用“热水”的超级计算机Aquasar。该超级计算机是IBM为苏黎士瑞士联邦技术研究院而设计的计算机。水冷技术的发展也由此而翻开了新的篇章。
打开该系统的刀片式服务器机箱就能发现，其主板上的每颗CPU都由液冷头覆盖，其间则使用细导管连接，导出机箱后再连接到更大型的回路系统中。水在处理器附近被加热后，就会通过细管流入机房所在建筑的暖气管道中，参与地暖系统供热，热量耗尽后冷却再流回服务器形成循环。由于该系统被安置在普通风冷机柜旁边，除了液冷处理器散热外，不需要其他任何散热措施。
据称，这款超级计算机相比同样配置的风冷超级计算机可减少40%的能耗。而且余热还可以被用来对整个大学建筑物进行取暖，Aquasar的碳排放也因此减少了85%。
液体冷却实验操作过程
英特尔和Green Revolution Cooling将服务器浸入到250加仑的矿物油中，矿物油的温度通过一个热交换机保持低温。英特尔的架构工程师相信，通过控制服务器的热度，及时的热量转移能够提高处理器的处理速度。
▲矿物油冷却系统
在矿物油冷却系统中，一个热交换机可以控制4个机架的矿物油温度。在每个特制的机架中，有电源、网线接口等等。
▲矿物油冷却系统结构
不同于普通机架的一层一层的结构，在矿物油冷却系统的机架中，服务器是类似刀片的插入到矿物油中。
▲矿物油冷却服务器
一个传统的数据中心需要设计服务器单元，需要空调单元并且一些其它建筑架构设计，但是采用矿物油冷却技术，架构的设计要求比较少。从另外一个角度来说，这又为企业节省了费用。
▲矿物油冷却服务器
为期一年的测试结束后，英特尔表示在考察数据中心能源效率的重要指标PUE上，矿物油冷却系统能够达到1.02至1.03，相比于传统空气冷却的数据中心的1.8来比，有着巨大的节能提升。
