隨著今年ChatGPT模型的風靡，各大科技企業(yè)對于AI未來應用的探索熱情達到了前所未有的高度。AI產業(yè)的發(fā)展、訓練模型向推理模型的發(fā)展，對算力的要求逐步升高，即對CPU和GPU的性能有更高的要求。高性能帶來高功耗，高功耗導致高散熱，而工作溫度每提高1℃，帶來的都是性能的降低和用電量的提升。然而，傳統(tǒng)風冷和冷板散熱技術已不能滿足算力發(fā)展所帶來的散熱要求，數據中心逐漸迎來了散熱瓶頸?？梢哉f誰掌握了散熱技術，誰就掌握了打開算力瓶頸的關鍵。
圖1：CPU、GPU的TDP變化趨勢
圖2：液冷經濟線及算力密度與液冷的關系
（圖片來源：第11屆數據中心標準大會）
另一方面，發(fā)改委、工信部等四部門印發(fā)的最新文件要求到2025年，大型、超大型數據中心PUE值降到1.3以下，而液冷可將PUE值降低至1.1左右，達到政策要求。對于企業(yè)來講，低PUE意味著能耗指標、電力資源獲取方面的優(yōu)勢，也意味著更低的運維成。
國家和地區(qū)政策對于數據中心PUE值的要求也催促著數據中心的進化。
圖3：數據中心PUE相關政策和要求
（圖片來源：第11屆數據中心標準大會）
而應對這兩項挑戰(zhàn)的有效解決方案之一是浸沒式液冷技術，浸沒式液冷也因此成為了當前行業(yè)內最熱門的話題之一。
圖4：單相浸沒式液冷工作原理示意圖
浸沒式冷卻是液冷技術中的一種。相比于傳統(tǒng)的散熱方式如風冷和冷板，浸沒式有如下顯著優(yōu)勢：
1高效散熱：浸沒式液冷的冷卻效率遠遠高于風冷，可有效降低PUE。
2節(jié)能增效：PUE的降低，運行溫度的穩(wěn)定可有效的節(jié)省電量，避免超負荷運行，提高了服務器的運行效率。
3靜音低噪：整個液冷系統(tǒng)中，僅有循環(huán)水泵及干冷器的低頻風扇有微弱的噪音，故可達到靜音機房的效果。
4節(jié)約空間：相比于風冷，浸沒液冷機箱可以大幅減小行間距，提高存放密度，節(jié)約空間。
浸沒式液冷分類根據冷卻液在使用過程中是否發(fā)生相變，浸沒式液冷主要分為單相液冷和相變液冷。兩種類型各有所長，需根據實際應用場景選擇。它們的區(qū)別如下：單相液冷在單相浸沒式液冷系統(tǒng)中，所選用的冷卻液沸點通常高于100℃，這一溫度高于服務器正常運行時的最大溫度，因此在循環(huán)散熱過程中，冷卻液一直保持液態(tài)而不發(fā)生相變。電子元件直接浸沒在冷卻液中，熱量從電子部件傳遞到液體中，隨后通過循環(huán)泵將熱的冷卻液傳遞到熱交換器，經過冷卻后重新回流至冷卻裝置，繼續(xù)吸收熱能。整個過程形成循環(huán)往復，有效地實現(xiàn)了電子設備的高效冷卻。單相冷卻液的優(yōu)點是在密閉體系中揮發(fā)流失較低，不需要頻繁補充冷卻液，與電子元器件兼容性比較好，可維護性高，但相對于相變式液冷其散熱效率要低一些。相變液冷相變液冷，又稱為雙相液冷。所選用的冷卻液沸點較低，在相變液冷系統(tǒng)中，冷卻液在循環(huán)散熱過程中經歷了相變，冷卻液吸收了電子元件的熱量，引起沸騰產生蒸汽。這些蒸汽在容器內的熱交換器（冷凝器）上冷凝，釋放熱量，將熱量傳遞給循環(huán)流動的冷卻水，而自身重新變回液態(tài)，回流到系統(tǒng)中參與下一輪“液—氣—液”的循環(huán)。相變液冷的優(yōu)點在于其傳熱效率非常高，而缺點是對容器的密封性和操作有一定要求。這是因為相變過程中，冷卻液蒸發(fā)為氣態(tài)過程中會發(fā)生逸散，所以對容器的密封性有一定的要求，需要一個正壓或者負壓的環(huán)境來保證氣密性。對操作的要求則在于補充液體或者更換器件時需要事先泄壓/排液。浸沒式冷卻液產品現(xiàn)狀浸沒式冷卻液作為浸沒式液冷中的“核心科技”，在浸沒式冷卻體系中發(fā)揮著舉足輕重的意義。目前市場上的浸沒式冷卻液種類較多，使用哪種冷卻液也成為了行業(yè)普遍關心的話題。
冷卻液需要具有絕緣、高導熱性、低凝固點、高閃點、對結構材料無腐蝕性等特性。目前在浸沒液冷領域受關注的冷卻液主要有：碳氫類、有機硅類和氟碳類化合物。
1有機硅類（Organosilicons）硅油在缺乏氧氣的應用場景表現(xiàn)有良好的耐溫性、穩(wěn)定性和接觸安全性。硅油具有較低的表面能和粘度，可以很好的浸潤接觸表面及被循環(huán)泵驅動，但相應對密封的要求較高。高沸點的硅油具有一定的閃點，需要根據應用要求配置相應防爆設施和安全監(jiān)控措施。還要注意對極端狀態(tài)的控制，及對分解產物的毒性影響，配置相應監(jiān)控和液體過濾措施。同時揮發(fā)后也有一定的殘留物，需要額外的清洗處理。
2碳氫化合物（Hydrocarbon）碳氫化合物冷卻液價格相對低廉，沸點高、不易揮發(fā)，對環(huán)境友好，但傳熱能力有限，因此適用于一些本身就耐高溫的設備，如高壓電器設備，但對于不耐高溫的數據中心等設備而言，使用場景較為有限。此外，碳氫類冷卻劑由于具有閃點，存在可燃助燃的風險，在使用中需要謹慎處理。
3氟碳化合物（Fluorocarbon）氟碳化合物被業(yè)內統(tǒng)稱為氟化液，這是將碳氫化合物中所含的一部分或全部氫換為氟而得到的一類有機化合物，這一類化合物普遍具有良好的綜合傳熱性能，可以實現(xiàn)無閃點不可燃的特性。此外，氟化液具有良好的化學惰性，與各種材質的電子元件相容性好，并且具有良好的運動粘度，在溫控系統(tǒng)中可以很好的流動散熱。目前，氟化液被廣泛認為是最適合用于數據中心液冷系統(tǒng)。目前常見的碳氟化合物的包含氫氟醚（HFE）、全氟聚醚(PFPE)及全氟烯烴等類型。·全氟聚醚(PFPE)全氟聚醚擁有很低的介電常數，從技術指標層面，可滿足理想浸沒式冷卻的要求。擔該類化合物的GWP值一般大于5000，具有強溫室效應。·氫氟醚(HFE)氫氟醚(HFE)的溫室效應影響較小，對臭氧層無破壞，而且在電子設備的冷卻中具有良好的性能。但其通常具有較高的介電常數，和電子元器件直接接觸時對信號傳輸影響較大。因此氫氟醚主要用于對介電常數要求不是很嚴苛的領域。·全氟烯烴(PFO)全氟烯烴冷卻性能好，無毒，和材料相容性好，并且ODP和GWP值極低，可以滿足相關環(huán)保指標要求。此外，該類化合物沸點跨度比較大，可針對不同的使用領域選擇不同沸點的含氟傳熱流體，滿足單相和雙相浸沒式冷卻的需求。由于之前供應鏈的緣故，市場普遍認為氟碳類化合物成本較高，但近年來，得益于技術的進步和產能的提升，氟碳類產品的價格已大幅下降。
宇極全氟碳浸沒式冷卻液
12月12-14日，第十八屆中國IDC產業(yè)年度大典（IDCC2023）在北京國家會議中心隆重舉行。大典以“算力進化 數字開物”為主題，聚焦算力產業(yè)熱點話題，共同探討數字經濟的發(fā)展方向和未來趨勢。
在此次大典上，上海宇極賽氟科技有限公司的全氟碳浸沒式冷卻液首次亮相，成為全場焦點，備受大會參與者的關注。
圖5：嘉賓在宇極展臺前觀看、詢問產品信息
本次IDC上海宇極賽氟將氟化液的應用場景直接搬到了展位，將家用電腦的主板、CPU、內存、電源等元件去掉風扇后直接浸沒于全氟烯烴類氟化液中進行展示。經過多日的運行，散熱穩(wěn)定，硬件溫度正常，主機正常運行。
圖6：宇極展位的浸沒式液冷裝置
