高密度：空气不足以冷却

　　由于功率密度的增加，必须去除的热量也会增加，这是非常明确的。那么，还不十分清楚的是如何实现既有效（为设备提供充足的保护），又负担得起（这样的计算能力成本仍然负担得起）的方式。空气冷却技术在某些方面来讲，是一个很好的解决方案，空气是无处不在的，（大部分情况）对设备不会造成任何伤害。但问题的部分原因是，空气是一个糟糕的热导体，也就是说，它不能很好地把热量从一个地方移动到另一个地方。你是不是并不知道如何体会这个概念？在寒冷的天气，到外面去，把手放在一块金属（最好是像钢或铜这样的金属，而不是铝）上，你会觉得把手放在金属上比裸露在空气中更为寒冷，因为金属是良好的热导体，它比空气更能从你的手上带走热量。关于这个概念的另一个理解的方法是，空气相对于金属来说，是一种很好的热绝缘体。空气与其它物质（如：水）相比，无法容纳大量的热，所以当它用于冷却目的时，与其它具有更大的热容量的物质相比，它需要使用更多，才能运送一个相同数量的热量。

　　因此，空气尽管随时可以用到，但它真的不是冷却高密度部署的一个好的选择。更高效的IT设备可以帮助改善这个问题（正如上世纪90年代开关从双极晶体管技术转换到CMOS技术一样），但缺乏技术的飞跃，效率的提高很难抵消由高密度产生的热量。一个更好的热传导材料是水，水也是随时可以用到的物质（并且它具有较高的热容量）。DimensionDataAmericas的首席数据中心顾问KrisDomich，总结如下：“作为一个规则，水和其它液体媒体与空气相比，都有一个更高的载热潜力，所以它们通常被用于更高密度设备的制冷。重要的是要记住，我们是通过去除热量来冷却，而不是增加冷却，所以无论是使用水还是空气，散热必须高效、精确。

　　然而，液体冷却技术的本质并不是一个新的技术：液体冷却已经用于大型机行业几十年了。随着数据中心对新设备的选择，大型机逐渐减少，液体冷却也逐渐被淘汰了。但是由于空气对高密度设备的冷却不够，水（或者更广泛地说，液体）是否又会用于数据中心的冷却呢？

　　水在哪里？

　　大型机可能（至少根据某些批评者的观点）正在走出数据中心，而水可能正在走进数据中心。Domich声明DimensionDataAmericas提供了“很多围绕数据中心配电和冷却设计的咨询，发现一半的数据中心经理并没有意识到他们的长远IT发展计划可能会要求液体冷却。”例如，正在规划或实施大规模高密度部署的公司，可能需要液体冷却方式，以适应小空间产生的大量的热。缺少像一个新技术的转移，正如从双极晶体管向CMOS技术的转移一样，不断在给定的空间内增加计算能力，将最终达到空气介质制冷不足的地步。水（或其它液体）的作用不一定局限于大公司（或者更具体地说，拥有大型数据中心的公司），尽管这些公司是它的重点（部分出于费用的原因）。然而，Domich却认为，“越来越多的液体冷却在各种规模的数据中心起作用。大型数据中心往往已经拥有了它。较小的和中型的数据中心，特别是那些正在迅速采用高密度计算的数据中心，正处在采用它的一个快节奏阶段。”换句话说，在功率密度高的地方，水是越来越容易获得立足点的。

　　水的替代品

　　不用说，水不是唯一的可以将热量移走的液体，虽然水具有实际的可用性、安全性（在这个意义上讲，它是无毒的）、成本低的特点。也许它的最大缺点（相对来说）是它的电导率，这一点阻止其作为一种媒介使用，为了防止其浸入设备。其它液体可能在移动热方面比水的性能更好，但他们几乎无一例外地涉及一些问题：成本较高，可用性较小，以及在它们生产、处理或（可能）意外释放（即发生泄漏）时，对健康或环境造成的影响。

　　浸没冷却的一个选择是矿物油，它具有类似于水的热性能，但它不是一个导体，这意味着它不会毁掉设备。此外，矿物油不具有危险性：泄漏，虽然杂乱，但不需要进行大规模清理，不威胁人员的健康和安全。但是由于设备是沉浸的，要实施这种制冷解决方案的数据中心，必须使用非常不同的基础设施。例如，一个典型的垂直的机架或机柜（在开门时，全部设施可以被移出）就需要更换了。设备机架很可能会采用书架状结构的大桶。此外，维修可能涉及给机架（或“大桶”）排水，这将需要一些方法来储存的液体，直到它被用回到机架中。此外，这种系统将有可能不太能够垂直扩展，这意味着对于一个给定的设备需要更多的数据中心面积。

　　不过，浸没冷却缺少一个“大量沉浸”技术，它是采用了更小规模的技术。例如，处理器可能是在一个封闭的充满液体的装置中，用一些方法提取该装置中的热量。可以肯定的是，这些和类似的冷却方法，与空气冷却方式（不论是基本的“打开窗户”的方法，还是更复杂的系统，例如：使用计算机房空调装置和类似的设备）相比，更让人不放心，但面对密度增加，空气根本是不够的，液体冷却系统就是目前最佳的替代方法。

　　结论

　　水（或者更一般地说，液体）又回到数据中心了吗？从某种意义上讲，它从未离开过，但它肯定一直都不是最常用的选项。但是，不管其目前的地位如何，它的未来似乎已经越来越光明，特别是对于高密度的部署。当大多数人在考虑计算机设备时，当然不会首先想到水，但它在高性能（高密度）计算部署上，有可能发挥巨大的和重要的作用。水有用于大型机的历史，它（或其它液体）可能将继续用于尖端超级计算机和其它IT设备，用来消除从较小空间中产生的大量的热。

　　因此，水的未来在很大程度上依赖于密度：如果数据中心的经理认为，高密度计算的麻烦是不值得的，那么液体冷却解决方案的采用将可能仍然相当有限。随着对IT资源需求的日益增加，在目前不建立一个新的数据中心或扩大现有的可用资源的前提下，高密度是一个选项。而且，由于空气冷却超过某一点时，不能达到要求，那么水有可能填补这个空白。