服務(wù)器的全液冷，一般都需要液冷板覆蓋CPU、內(nèi)存(DIMM)、硬盤(SSD)、電源、IO以及其他SOC的散熱。今天給大家分享一款浪潮的全液冷冷板服務(wù)器的液冷系統(tǒng)架構(gòu)。

1.全液冷冷板服務(wù)器創(chuàng)新實(shí)踐

此次全液冷冷板系統(tǒng)開發(fā)是基于浪潮信息2U四節(jié)點(diǎn)高密計(jì)算服務(wù)器i24，每個(gè)液冷節(jié)點(diǎn)支持兩顆英特爾第五代至強(qiáng)平臺可擴(kuò)展處理器，搭配16根DDR5內(nèi)存，1張PCIe擴(kuò)展卡和1張OCP3.0網(wǎng)卡。整機(jī)可支持8張SSD固態(tài)硬盤，在實(shí)現(xiàn)高密算力的同時(shí)滿足客戶存儲需求。服務(wù)器主要的發(fā)熱部件包括CPU、內(nèi)存， I/O 板卡, 本地硬盤，機(jī)箱電源等。液冷方案實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中95%左右的熱量通過冷板接觸熱源由液體直接帶走，剩余5%左右的熱量經(jīng)由PSU電源后置的風(fēng)液式換熱器里面的冷卻水帶走，系統(tǒng)級即可實(shí)現(xiàn)接近100%液冷熱捕獲率。整體設(shè)計(jì)理念是基于在滿足性能和可靠性要求的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)級決方案開始，探索高能效，低成本和易于運(yùn)維的全液冷服務(wù)器全新設(shè)計(jì)之道：

節(jié)點(diǎn)與硬盤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部水電信號盲插結(jié)構(gòu)共用，去除了多余管路，單節(jié)點(diǎn)運(yùn)行即可支持多張固態(tài)硬盤液冷。

節(jié)點(diǎn)冷板設(shè)計(jì)采用串聯(lián)主流路，冷板焊接接口明顯減少，降低漏液風(fēng)險(xiǎn)。

全新的內(nèi)存液冷設(shè)計(jì)方案，顛覆了業(yè)界現(xiàn)有方案在散熱性能，公差控制，維護(hù)便利性及信號接觸可靠性方面的弊端，為解決高功耗內(nèi)存散熱難題打開了新思路。

全新的OCP網(wǎng)卡和硬盤液冷方案簡單可靠，均可支持30次以上熱插拔，方便客戶在開機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行維修，擴(kuò)容或系統(tǒng)更新操作。

此全液冷冷板方案最大化地利用現(xiàn)有風(fēng)冷模組及業(yè)界成熟的冷板和風(fēng)冷散熱器加工工藝，避免定制化液冷部件和復(fù)雜加工工藝，優(yōu)化成本。

對低密度低成本鋁冷板的散熱可行性及與冷卻工質(zhì)的長期相容性做了大量拓展研究，為鋁冷板在數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)用可行性分析積累了寶貴實(shí)踐數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)組成及管路布局

2.1全液冷服務(wù)器整機(jī)介紹

2U四節(jié)點(diǎn)全液冷服務(wù)器系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)、機(jī)箱、中背板、固態(tài)硬盤模組組成。節(jié)點(diǎn)和機(jī)箱組件間通過快接頭、電源及信號連接器實(shí)現(xiàn)水、電、信號盲插。

2.2全液冷服務(wù)器單節(jié)點(diǎn)介紹

全液冷服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)外殼、主板、CPU芯片、內(nèi)存模組、內(nèi)存冷板、CPU冷板，IO冷板，電源及電源后置換熱器等組成。

3.通流方式選擇及流量計(jì)算

3.1全液冷冷板通流方式選擇

為了簡化流路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，此全液冷服務(wù)器的散熱冷卻工質(zhì)流路選用串聯(lián)流路設(shè)計(jì)，冷卻工質(zhì)整體由低功耗器件往高功耗器件流動和散熱，詳細(xì)流動方向見下圖及表所示。

3.2全液冷冷板流量設(shè)計(jì)

全液冷服務(wù)器流量需要滿足系統(tǒng)散熱需求：1)為了確保二次側(cè)管路材料的長期可靠性，二次側(cè)回水溫度不超過65?C;2)確保全液冷服務(wù)器各零部件在定義的邊界條件下滿足散熱需求，選取銅冷板+PG25作為流量設(shè)計(jì)分析。

為進(jìn)一步驗(yàn)證該流量下，各個(gè)冷板覆蓋部件是否超溫，通過CFD軟件進(jìn)行散熱仿真。結(jié)果顯示全液冷服務(wù)器銅冷板在進(jìn)水溫度51?C(W45)以及冷卻工質(zhì)PG25 1.3LPM流量條件下所有零部件溫度都滿足溫度要求，且具有一定的安全溫度裕量，詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表所示：

綜上分析所述，全液冷服務(wù)器采用單節(jié)點(diǎn)流量1.3LPM完全滿足系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且經(jīng)濟(jì)合理利用CDU提供的冷卻工質(zhì)。

結(jié)合冷板式液冷特點(diǎn)及行業(yè)先進(jìn)液冷數(shù)據(jù)中心分析，冷板液冷未來技術(shù)優(yōu)化方向主要圍繞通過技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步提高能效，降低初投資成本，減少漏液安全隱患及提高運(yùn)維便利性展開。

完善部件液冷方案, 提高液冷覆蓋率。除CPU, GPU，內(nèi)存之外，目前業(yè)界對服務(wù)器內(nèi)其他發(fā)熱部件如何通過冷板液冷實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效散熱的探索還比較少，方案尚未成熟，價(jià)格昂貴，有待通過設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)模化應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，進(jìn)一步提高冷板液冷數(shù)據(jù)中心能效，減少數(shù)據(jù)中心空調(diào)用量和成本，降低冷卻系統(tǒng)復(fù)雜度。

提高通用化及可維護(hù)性。目前已知的全冷板液冷方案大多基于高度定制化服務(wù)器設(shè)計(jì)，液冷方案無法靈活適用于傳統(tǒng)通用服務(wù)器架構(gòu)。對硬盤和網(wǎng)卡等通常需要熱插拔的部件無法支持不斷電維護(hù)。內(nèi)存液冷方案對冷板管路加工精度要求非常高，在內(nèi)存安裝，維護(hù)及可靠性方面也存在一定的弊端。

拓展冷板液冷材料范圍，減輕重量，降低成本。服務(wù)器重量隨著液冷部件的增多大幅上升，對服務(wù)器運(yùn)維和運(yùn)輸過程中的可靠性帶來諸多挑戰(zhàn)。拓展低密度低成本冷板液冷材料范圍，有助于推動行業(yè)多樣化發(fā)展。

提升液冷系統(tǒng)長期使用的安全性，降低漏液風(fēng)險(xiǎn)。選取合理的冷板環(huán)路材料和液冷冷卻工質(zhì)，并進(jìn)行充分的相容性測試及系統(tǒng)性能老化性測試，是保障液冷系統(tǒng)全生命周期內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低漏液風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

來源：熱能工匠