随着数据中心节能减排政策越来越严及高功率密度数据中心的发展,传统数据中心散热技术倍受挑战。立讯技术与中兴通讯联合开发的新一代单相浸没液冷技术，为高性能计算环境提供了一个高效、可靠且绿色的散热解决方案。通过将服务器硬件完全浸入到特制的非导电液体中，实现了热量的快速、均匀传递;与传统风冷系统相比，这种直接热交换方式极大地提高了散热效率，降低了系统能耗。本文介绍了单相浸没液冷技术的基础原理、散热优势，架构设计和验证成果，并对该技术的未来发展前景进行讨论。
  01 发布背景
  服务器等作为算力基础设施底座，由算力增长带来的能耗和散热问题日益凸显，传统的风冷散热已无法满足数据中心的散热需求，在双碳政策的背景下，绿色化、低碳化成为发展趋势，由风冷散热到液冷散热，打造节能绿色算力至关重要。
  液冷技术包含冷板式液冷、浸没式液冷、喷淋式液冷等多种形式。其中，冷板式液冷采用微通道强化换热技术，散热性能好，行业成熟度最高，目前己实现规模商用部署。与此同时，浸没式液冷以液体作为冷源，以绝缘冷却液作为载冷剂，对服务器进行浸没式冷却，实现100%液体冷却，具有更优的节能效果。
  02 技术原理
  单相浸没式冷却系统是指将IT设备浸没在不导电的冷却液中，冷却液在负载中吸热后返回CDU装置，由装置内液泵提升压力，通过板式换热器与一次侧制冷剂进行换热，降温后的冷却液通过管路再进入负载，如此循环，从而带走负载内热量，保证负载在一个良好的环境下工作。

03 技术特点

  通过将服务器直接浸没于非导电工质中,实现100%的直接液冷，高功耗器件如CPU/GPU等支持局部强化散热，通过设置多个进液口及对应的多个冷却子腔，降低了出现待冷却设备局部温度过高的几率，具有均匀的冷却效果;同时适配油基及氟化液等工质，能够有效解决传统单相浸没式液冷CAPEX过高的痛点。整体方案更加节能、高效散热、高可靠及低CAPEX。

  · 极致节能: 100%全液冷;

  · 高效节能: PUE≤1. 09;

  · 成本效益:可兼容采用低成本油基工质;

  · 安全静音:服务器等设备故障率下降50%。.

  应用案例

  5.1系统架构

  TANK内部分成4个模块，TANK 柜体、TANK 内腔、进出液管路、显示模块。单相浸没冷却液由外置CDU提供，循环泵作为液冷系统冷却液循环的动力源，为防止气蚀风险，循环泵入口压力需≥0. 1bar，冷却液通过一分五分液器装置流入IT设备内，最后从从顶部流出，并带走IT部件产生的热量。

  机柜内布置多个IT设备，为了实现高效均匀散热，系统采用均流设计，机柜底部设置均流板，使得流量可均匀分配到每个IT设备内;由于IT设备内部结构的复杂性，需要对系统腔体进行流道仿真模拟，并通过改变分液器的大小和位置，实现最优的换热效率。

  5.2热仿真分析

  由温度云图、流线图可知:

  ●设备内部流场分布均匀，散热充分;

  ●合理设置导流块等结构件，可以有效调整设备内部流量分配，从而提供更充分流量未高功耗器件散热;

  ●本单相浸没液冷方案设计下，整机散热性能良好，整板温度具备充分余量;

5.3均流性分析

  由于机柜内布置多个IT设备，为了实现高效均匀散热，TANK 机柜采用均流设计，机柜底部设置均流板，使得流量可均匀分配到每个IT设备内;经中兴通讯研发团队流量仿真及实测验证，多槽位TANK流量均流性<7%。

未来发展前景

  单相浸没式液冷技术的应用,不仅有效解决了高密度散热问题，而且让数据中心的制冷系统和冷机群控系统化繁为简，提高了换热效率，节省了大量的运维成本。展望单相浸没液冷技术，将会朝着高节能、高散热、高可靠、易维护等方向发展。

  1)高节能:浸没式液冷实现了100%液体冷却，节能是其最关键应用价值；当前行业内主要通过降低泵功提升浸没式液冷系统节能效果，具体包含tank流道优化、CDU降流阻、以及集群控制和AI调控等软硬件手段；

  2)高散热:单相浸没式液冷散热能力相对较低，当前可以通过常规散热方案解决400W CPU散热需求；但随着CPU/GPU功耗的演进，常规单相浸没液冷散热方案将无法满足需求，因此行业内正加速散热强化技术的研究，进一步提升单相浸没液冷液冷散热能力；

  3)易维护：区别于传统风冷服务器维护，浸没式液冷维护过程需要将服务器从浸满冷却液的tank中取出，此过程中出现的工质损耗、系统流量波动、以及被维护服务器的液体收集等问题是当前浸没式液冷维护性主要研究方向；