服务器和数据中心的智能冷却

数字化趋势和利用人工智能的新技术的采用导致全球数据处理的能源需求显着增加。这种消耗的很大一部分归因于服务器和服务器冷却。RK Kutting和IQ Evolution已经在一种有效的冷却解决方案上合作了一段时间，该解决方案可以降低能耗，同时提高所用系统的性能。联合项目3D智能流体冷却展示了一种有前途的方法，可以显着降低这种能源需求。因此，它使高性能 CPU 能够在 1 U 服务器中安全运行，使功率密度翻倍，同时降低冷却要求。

数据中心的服务器冷却

数据中心的服务器冷却正逐渐从空气冷却过渡到更高效的流体冷却解决方案。这种转变背后的原因是众所周知和合乎逻辑的：能源成本上升，减少碳足迹，增加功率密度，更高的冷却要求，有针对性的冷却选项，以及显着改善的传热(与相同体积的空气相比，水的热容量是其4,000倍)，从而大大提高了能源效率，并改善了利用废热的可能性，
从而显著降低数据中心的电源使用效率
(PUE)。此外，更高效的冷却允许更强大的服务器组件，包括更高的处理器时钟速度，从而显着提高服务器和整个数据中心的功率密度。数据中心约占全球能源消耗的
1-1.5%1，并且一氧化碳2排放，因此必须采用更高效的冷却方法。

3D 智能流体冷却

3D 智能流体冷却技术将 IQ Evolution 的金属 3D 打印功能与 RK Kutting 成熟且进一步开发的产品组合相结合。3D打印可产生非常薄的散热器（总厚度为0.8毫米），从而实现高度定制的设计。采用的接驳技术和柔性软管可根据可用空间量身定制特定应用的解决方案。整体概念可以从小规模生产扩展到大规模制造。

安全媒体传输

许多令人兴奋的解决方案已经可用于使用流体冷却单个服务器机架。经常讨论的选项包括含氟气体冷却、纯水冷却系统（例如，电子冷却器）、直接芯片冷却和使用水温约 60°C 的热流体计算、热管解决方案和浸入式冷却系统。RK Kutting长期以来一直从事安全关键电子元件的流体冷却，特别是在高压应用、医疗技术和微芯片制造设备中。RK Kutting专注于个性化定制解决方案。IQ Evolution正在当前的项目中实施各种冷却技术，并且正在开发易于维护的安全无损介质传输的可能性。

整个介质路由应满足不同的要求，包括水、冷却液混合物和温度范围。由于空间限制，标准分配系统不可行。需要具有服务器机柜特定几何形状的定制解决方案。连接技术应完全安全且免维护。集成监控系统适用于连续流量控制和管理。

实验设置

在斯图加特的格里辛格教授的领导下，独立研究所ZFW-Zentrum für Wärmemanagement受委托对这种冷却技术的冷却性能进行实验研究。两台服务器，一台配备 2 U，另一台配备 1 U，配备了高性能 CPU（AMD 锐龙 Threadripper PRO 处理器），并转换为 3D 智能流体芯片冷却。这些经过修改的惠普高性能服务器作为型号安装在专门适用于此冷却技术的服务器机架中，并在高性能计算 （HPC） 操作下进行了测试。

该评估旨在展示创新流体冷却技术有针对性的应用的潜力，以显着提高服务器性能和计算能力，确保高操作安全性和维护灵活性，降低能源成本和水消耗，并大幅减少一氧化碳。2脚印。

结果令人印象深刻。HPC芯片可以使用不同的电源温度保持恒定温度。空气冷却需要大量能量并占用大量空间，因此在 2 U 机架中只能使用空气冷却的 HPC 操作。通过液体冷却，HPC 芯片现在可以首次在 1 U 机架中运行，从而减少 50% 的占地面积。

实现这一目标的成功主要归功于IQ Evolution的专利极薄3D散热器，其高度仅为几毫米。这一突破首次在 HP 1 U 服务器中实现了热流体冷却水技术。通过选择性激光烧结，可以制造出高度低廉的单个3D散热器和灵活的可定位连接器，并根据可用空间进行定制。使用适合机架空间的预制软管，即使在狭小的空间内也能实现安全的介质布线。

这为数据中心开辟了充满希望的新前景，数据中心现在比以往任何时候都更加依赖能源成本节约、功率密度要求和环境问题。

结果和结论

通过上述设置，即使在连续满负载且 280 W CPU 功率损耗的情况下，即使在高达 60°C 的介质温度下，也可以使用流体冷却稳定、安全地运行配备高性能 CPU 的高性能 HP 1 U 服务器。

• 表 1. 初步结果。空气冷却包括通过热管从CPU传热，随后用风扇冷却。*

冷却	冷却介质温度	最高中央处理器温度	最大电功率
风冷	24 °C	89 °C	24,4 瓦
水冷	25 °C	69 °C	1,4 瓦
水冷	60 °C	90 °C	1,7 瓦

这一成就具有以下几个优点：

• 通过减少 50% 的占用空间，将功率密度提高一倍：HP 1 U 服务器取代了 HP 2 U 服务器。
• 通过提高时钟速率将功率密度提高 100% 以上：由于具有 20 K 的温度储备，可实现而不会增加故障风险。
• 大幅降低功耗：在这种情况下，与功率风扇相比，流体供应泵的功耗降低了 10 倍。
• 提高设计自由度：优化的电路板、服务器和机架设计可以实现更低的高度，以及特定于应用的冷却器设计（专注于 CPU 热点）。
• 零冷却水消耗：智能流体水冷却在闭环中运行，不消耗淡水。
• 可用于区域供热：可以使用60°C以上的热流体/温水进行冷却，同时保持当前的最大芯片温度。
• 显著减少一氧化碳2占地面积：与风扇相比，直接节能。不考虑次要影响，例如相同服务器性能的空间需求显著减少。