关于数据中心冷却系统应如何设计的争论已经持续了几十年。
说到数据中心的世界，越来越热了。真的。数据中心消耗大量电力，这些电力会转化为热量。由于服务器不喜欢热量，因此需要强大而高效的数据中心冷却。如果我们记住热力学第一定律，产生的能量不会被毁灭；相反，它会改变形式。因此，一个消耗 1 兆瓦电力的数据中心将把它转化为等量的热量——这是很大的。数据中心消耗的电力越多，管理产生的热量的挑战就越大。
关于数据中心冷却系统应该如何设计的争论已经持续了几十年。随着工作负载密度的不断增长，这个问题比以往任何时候都更及时，特别是因为根据国际能源署的报告，数据中心在 2022 年消耗了 460 TWh 的能源。这占全球所有用电量的 2%。
然而，事实上，没有一种正确的方法来设计高效的数据中心。多年来，冷却技术不断推动这一理念的深入，并不断发展以满足不断变化的需求。下面回顾一下数据中心冷却系统的演变。
早期：架空地板冷却
自 20 世纪 70 年代以来，大多数数据中心都使用架空地板或平板中的加压空气进行冷却。该系统称为 CRAH（计算机房空气处理器）或 CRAC（计算机房空调），冷却空气由以恒定速度旋转的风扇移动。该装置将压缩空气送入架空地板下方，然后将其推过穿孔瓷砖以冷却机器。虽然该系统当时对于低密度计算来说效果很好，但在耐用性、灵活性和成本方面存在权衡。
话虽如此，CRAC/CRAH 的一个关键问题是分层，这导致从底部到顶部的温度梯度。因此，靠近地板的服务器获得最冷的空气，而顶部的服务器温度要高得多。此外，增加气流以缓解此问题会降低效率，因为较冷的空气与热回风混合。因此，冷通道/热通道布局被开发为一种遏制策略。
升级为风扇
数据中心冷却问题的下一个主要想法是将冷却系统构建到数据中心周边或数据大厅的墙壁中。因此，空气冷却风扇单元被放置在周边墙上，以将冷却分散到整个数据大厅。这些变速风扇将允许数据中心运营商以更高的精度控制能耗和温度，因为风扇消耗的能量明显低于恒速风扇系统。当时，风扇墙方法被视为一种新技术，因为它解决了维护成本和噪音等问题，同时提高了效率。然而，它们的长期潜力和耐用性仍然存在很大争议。
其他：空调、冷却垫等
一些专业数据中心甚至将空调系统作为冷却设备的最普遍方式。该系统类似于家用空调，通过空调循环服务器气流，通过散热器格栅冷却，并将其重新循环到服务器中。下一个最广泛采用的冷却系统是冷却器，与空调不同，它采用水基溶液来传递热量。虽然空调通常更便宜、更简单，但冷冻水系统更节能。然而，它们的设计和维护更复杂，并且由组件驱动。
许多数据中心还使用绝热垫和绝热室，将水倒在上面并蒸发。因此，垫子和绝热室会与内部空气一起冷却。尽管这是可行的，但它被认为是一种有点奇特的解决方案。
未来：水、液体和浸没式冷却系统
随着空气冷却效率的不断提高，水冷系统也越来越受欢迎。事实上，数据中心已经建在海洋、峡湾等水下。水冷系统使用策略性放置的水管，一个用于冷水流入，另一个用于热水流出。此外，发热 GPU、CPU 和其他设备上的散热器直接连接到该系统。因此，这种方法可以冷却数据中心、场所和设备，并产生温水以供其他用途。
数据中心冷却的未来围绕液体和浸没式冷却发展，有许多技术可用于应对这一挑战。其中包括直接芯片技术和后门热交换，这两种技术都越来越受欢迎。尽管浸没式冷却处于早期采用阶段，但预计该技术将在未来四年内成为主流。因此，尽管液体冷却技术已经出现，但其推广不会在一夜之间发生。虽然很难想象在数据中心已经存在数十年之后，冷却技术的未来仍然如此不确定和开放，但事实是，即使方法千差万别，冷却技术的基本物理原理并没有改变。重要的是，数据中心设计人员和运营商通过使设施在空气和液体冷却系统之间可互换来保持灵活性。这确保了液体冷却可以快速部署，而无需对现有设置进行大量改造。
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