冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書-2023.12

冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004[編號(hào)

ODCC-2023-02004]冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書開放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)2023-09

發(fā)布1冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004版權(quán)聲明ODCC（開放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)）發(fā)布的各項(xiàng)成果，受《著作權(quán)法》保護(hù)，編制單位共同享有著作權(quán)。轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用

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及有關(guān)單位將追究其法律責(zé)任，感謝各單位的配合與支持。I冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004編寫組項(xiàng)目經(jīng)理：王舜工作組長(zhǎng)：李代程貢獻(xiàn)專家：張炳華王長(zhǎng)旺耿曼北京秦淮數(shù)據(jù)有限公司百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（北京）有限公司北京秦淮數(shù)據(jù)有限公司廣州高瀾創(chuàng)新科技有限公司廣州高瀾創(chuàng)新科技有限公司北京奕信通科技有限公司北京奕信通科技有限公司崔旭靜李曉峰劉凱艷徐欣曙光數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新技術(shù)（北京）股份有限公司曙光數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新技術(shù)（北京）股份有限公司浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司普洛斯普瑞數(shù)據(jù)科技（上海）有限公司普洛斯普瑞數(shù)據(jù)科技（上海）有限公司北京三快云計(jì)算有限公司李金波韓玉金超強(qiáng)陳聰李瑞雅劉永彬馮臣北京秦淮數(shù)據(jù)有限公司北京秦淮數(shù)據(jù)有限公司北京秦淮數(shù)據(jù)有限公司劉帆中興通訊股份有限公司翁建剛李新起黃強(qiáng)中興通訊股份有限公司深圳市英維克科技股份有限公司深圳市英維克科技股份有限公司丹佛斯（中國(guó)）投資有限公司王宏彬II冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004李慧勇陳立波魏芳偉沈嘉輝董玉山楊占喜李潔新華三技術(shù)有限公司新華三技術(shù)有限公司科華數(shù)據(jù)股份有限公司科華數(shù)據(jù)股份有限公司中航光電科技股份有限公司Colder

Product

Company中國(guó)信息通信研究院中國(guó)信息通信研究院中國(guó)信息通信研究院中國(guó)信息通信研究院郭亮吳美希阮迪III冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004前

言本規(guī)范由開放數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)委員會(huì)發(fā)布。2015

年

，

OpenAI

成立，通過(guò)

GPT

（

Generative

Pre-trainedTransformer）算法，在

2018

年

6

月推出了

GPT-1（1.2

億參數(shù)），在

2019

年

11

月增加了訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量后推出了

GPT-2（15

億參數(shù)），在

2020

年

6

月推出了

GPT-3（1750

億參數(shù)）。隨著數(shù)據(jù)參數(shù)的加大發(fā)現(xiàn)差異很小，后加入人工反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)提升對(duì)話質(zhì)量，在

2022年

3

月推出了

GPT-3.5；對(duì)話優(yōu)化后，在

2022

年

11

月就推出了ChatGPT。月活人數(shù)突破

1

億僅用時(shí)兩個(gè)月。2023

年

2

月

7

日微軟將

ChatGPT

引入到搜索引擎

Bing

正式發(fā)布。除了微軟，谷歌、Meta、百度、騰訊、阿里巴巴紛紛入局進(jìn)軍生成式

AI。生成式

AI

模型需求的暴漲，使得對(duì)芯片的需求從

CPU+加速器轉(zhuǎn)變?yōu)橐?/p>

GPU

主導(dǎo)的大規(guī)模并行計(jì)算。未來(lái)，在單芯片性能之上，智算中心能夠通過(guò)算力的生產(chǎn)-調(diào)度-聚合-釋放，支持

AI

產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?，F(xiàn)階段，單

CPU

熱設(shè)計(jì)功耗為

150～200W，最高可達(dá)

350W

；

單

GPU

熱設(shè)計(jì)功耗為300～400W，最高可達(dá)

700W。與此同時(shí)，服務(wù)器功耗從傳統(tǒng)服務(wù)器的

1kW

增加到

AI

服務(wù)器的

6.5～10kW?？諝饫鋮s解決成本和難度大幅上升，英偉達(dá)、英特爾等芯片公司已經(jīng)開始將冷卻的方式轉(zhuǎn)向液冷。液冷是指通過(guò)液體代替空氣冷卻芯片，根據(jù)液體與芯片是否接觸可以分為直接液冷和間接液冷。直接液冷包括浸沒(méi)液冷和噴淋液冷，浸沒(méi)液冷又分為單相浸沒(méi)和兩相浸沒(méi)。而間接液冷主要是冷板液冷。早在

20

世紀(jì)

60

年代，IBM

就推出了用冷板液冷冷卻的計(jì)算IV冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004機(jī)產(chǎn)品。直到

21

世紀(jì)初，美國(guó)

GRC（Green

Revolution

Cooling

）公司推出了單相浸沒(méi)冷卻解決方案。2017

年，廣東合一推出了噴淋式液冷。2019

年曙光完成全球首個(gè)大規(guī)模刀片式浸沒(méi)兩相液冷商業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目。2021

年，微軟發(fā)布了箱體式兩相浸沒(méi)液冷方案。而冷板液冷作為歷史最悠久，技術(shù)最為成熟，生態(tài)系統(tǒng)最為豐富的液冷解決方案，它的爆發(fā)已經(jīng)到來(lái)！本白皮書傾注了作者大量的時(shí)間和精力，其成文也仰仗各參編老師撰寫并參與討論，其次，本文得到程軍先生、王鋒先生、何智強(qiáng)先生和袁達(dá)人先生提供的產(chǎn)品資料，在此對(duì)上人員做出的貢獻(xiàn)表示由衷的感謝。此外，本文很多化工類專有名詞的解釋均得益于ChatGPT，令人充分感受到科技的便利和

AI

的潛力。最后，作者盡量用實(shí)物照片為讀者生動(dòng)呈現(xiàn)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，希望通過(guò)本白皮書促進(jìn)冷板液冷技術(shù)快速迭代優(yōu)化，為讀者在冷板液冷的實(shí)踐和決策提供有價(jià)值的信息和建議。由于時(shí)間倉(cāng)促，水平所限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，歡迎各位讀者批評(píng)指正。如有意見或建議請(qǐng)聯(lián)系

dceco@。V冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004目

錄版權(quán)聲明..............................................................................................................................................I編寫組.................................................................................................................................................II前

言.................................................................................................................................................

IV冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書................................................................................................

1一、

概述...........................................................................................................................................1二、

術(shù)語(yǔ)、定義和縮略語(yǔ)..............................................................................................................

1三、

冷板液冷介紹..........................................................................................................................

8（一）

冷板液冷技術(shù)介紹......................................................................................................

81.

冷板液冷發(fā)展歷程......................................................................................................

82.

冷板液冷技術(shù)原理....................................................................................................103.

冷板液冷技術(shù)特點(diǎn)....................................................................................................124.

冷板液冷關(guān)鍵技術(shù)....................................................................................................15（二）

常用產(chǎn)品器件介紹....................................................................................................161.

冷板組件....................................................................................................................

172.

快速接頭

QDC.............................................................................................................

203.

軟管............................................................................................................................

244.

機(jī)柜工藝?yán)涿焦┗仄绻?/p>

RCM.....................................................................................255.

冷量分配單元

CDU.....................................................................................................

266.

環(huán)路工藝?yán)涿焦┗仄绻?/p>

LCM.....................................................................................297.

冷源............................................................................................................................

308.

工藝?yán)涿?...................................................................................................................

34（三）

冷板液冷發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)................................................................................40VI冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-020041.

水質(zhì)............................................................................................................................

402.

泄漏............................................................................................................................

423.

冗余路由....................................................................................................................

444.

高成本........................................................................................................................

445.

建設(shè)周期長(zhǎng)................................................................................................................

456.

能耗問(wèn)題....................................................................................................................

457.

冷源水耗....................................................................................................................

46四、

工程標(biāo)準(zhǔn)化及設(shè)計(jì)要求........................................................................................................

46（一）

標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求....................................................................................................461.

標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀................................................................................................................

462.

標(biāo)準(zhǔn)化需求................................................................................................................

48（二）

工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求................................................................................................501.

二次側(cè)管路................................................................................................................

502.

功能要求....................................................................................................................

54（三）

典型案例介紹............................................................................................................

551.

江蘇某大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目........................................................................................552.

廈門某智算中心........................................................................................................

573.

山西某大規(guī)模冷板液冷數(shù)據(jù)中心............................................................................584.

廣州科云數(shù)據(jù)中心....................................................................................................59五、

接液材料研究........................................................................................................................

60（一）

傳統(tǒng)材料....................................................................................................................

61（二）

國(guó)外推薦材料............................................................................................................

611.

金屬與金屬合金類....................................................................................................612.

合成橡膠、塑料和其它材料類................................................................................63VII冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004（三）

國(guó)內(nèi)常用非金屬材料................................................................................................651.

管路及接頭材料........................................................................................................

652.

密封件材料................................................................................................................

69（四）

新材料管路設(shè)計(jì)制造及測(cè)試方法............................................................................721.

設(shè)計(jì)原則....................................................................................................................

722.

管路制造....................................................................................................................

743.

測(cè)試............................................................................................................................

74（五）

其它行業(yè)領(lǐng)域冷板液冷新材料應(yīng)用........................................................................761.

直流輸電領(lǐng)域............................................................................................................

762.

靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

SVC

冷卻領(lǐng)域............................................................................773.

儲(chǔ)能領(lǐng)域....................................................................................................................

78（六）

數(shù)據(jù)中心新材料應(yīng)用案例........................................................................................811.

國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心案例....................................................................................................812.

國(guó)外數(shù)據(jù)中心案例....................................................................................................83六、

冷板液冷新技術(shù)展望............................................................................................................

89（一）

負(fù)壓冷板液冷技術(shù)....................................................................................................891.

技術(shù)背景介紹............................................................................................................

892.

負(fù)壓

CDU

技術(shù)原理....................................................................................................893.

負(fù)壓液冷系統(tǒng)方案技術(shù)亮點(diǎn)....................................................................................924.

應(yīng)用案例....................................................................................................................

94（二）

相變冷板冷卻技術(shù)....................................................................................................971.

重力熱管方案............................................................................................................

972.

動(dòng)力熱管方案............................................................................................................

98（三）

冷板液冷氣-液混合技術(shù)..........................................................................................98VIII冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-020041.

風(fēng)冷

CDU.....................................................................................................................

992.

氣-液組合末端........................................................................................................

1023.

氣-液同源冷源........................................................................................................

102參考文獻(xiàn)........................................................................................................................................

105IX冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書一、概述隨著AI時(shí)代的到來(lái)，冷板液冷技術(shù)作為一種解決高算力發(fā)熱的冷卻方式，已經(jīng)成為行業(yè)最熱門的話題之一，得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。本文將分四個(gè)部分進(jìn)行展開：第一部分：對(duì)冷板液冷技術(shù)進(jìn)行介紹，從發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、器件組成等方面逐一介紹，并指出其發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。第二部分：對(duì)冷板液冷的工程標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行分析，從標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀，到標(biāo)準(zhǔn)化的需求，并指出設(shè)計(jì)和功能要求，最后分享一些典型數(shù)據(jù)中心案例。第三部分：通過(guò)接液材料的詳細(xì)描述，為讀者呈現(xiàn)除傳統(tǒng)材料外，其他行業(yè)領(lǐng)域和國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心對(duì)新材料的應(yīng)用情況分享。第四部分：對(duì)近幾年冷板液冷出現(xiàn)的新技術(shù)進(jìn)行介紹和展望。二、術(shù)語(yǔ)、定義和縮略語(yǔ)Asahi

Glass

Fluoroelastomer的簡(jiǎn)寫。它是由日本旭硝子株式會(huì)社（Asahi

Glass

Co.,

Ltd.）開發(fā)的一種特殊的氟橡膠材AFLAS料，學(xué)名是聚四氟乙烯-聚丙烯共聚物，它具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、耐高溫性、耐油性和耐候性，常用于制造密封件。CDACDU銅發(fā)展協(xié)會(huì)（Copper

Development

Association）。冷量分配單元（Coolant

Distribution

Unit）用于實(shí)現(xiàn)液冷系統(tǒng)的二次側(cè)冷卻環(huán)路驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)壓和自動(dòng)配流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一二次1冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004側(cè)循環(huán)系統(tǒng)熱量交換、物理隔離等功能的單元。制冷負(fù)載系數(shù)（Cooling

Load

Factor），一般定義為數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備耗電與IT設(shè)備耗電的比值。本文提到的冷板液冷CLF指的是冷板液冷系統(tǒng)的耗電與對(duì)應(yīng)液冷部分IT設(shè)備耗電的比值。CLFCPU中央處理器（Central

Processing

Unit），它是服務(wù)器的核心組件之一。氯化聚氯乙烯（Chlorinated

Polyvinyl

Chloride），是一種特殊的塑料材料，是PVC經(jīng)過(guò)氯化處理而制成的。它具有出色的阻燃性能和耐化學(xué)腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于管道系統(tǒng)、化工設(shè)備、火災(zāi)噴淋系統(tǒng)、電力線路絕緣和建筑材料等領(lǐng)域。CPVC計(jì)算機(jī)房空調(diào)器（Computer

Room

Air

Conditioner），其主要是指帶壓縮機(jī)的蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)制冷劑蒸發(fā)將機(jī)房空氣熱量帶到室外的空調(diào)。CRACCRAH計(jì)算機(jī)房空氣處理器（Computer

Room

Air

Handler），其主要是指通過(guò)冷凍水將機(jī)房空氣熱量帶走的冷凍水末端空調(diào)。氯磺化聚乙烯（Chlorosulfonated

Polyethylene），也被稱為海普隆Hypalon?。它是一種通過(guò)將聚乙烯與氯和硫進(jìn)行反應(yīng)而制得的合成橡膠，其特性包括耐候性、耐輻射、抗化學(xué)腐蝕和電絕緣性能。CSPEDCLC直接接觸式液體冷卻（Direct

Contact

Liquid

Cooling），DCLCTM被CoolIT公司注冊(cè)，特指冷板液冷的間接式液冷，直接接觸指的是冷板（而非工藝?yán)涿剑┡cCPU等發(fā)熱源的直接接觸。三元乙丙橡膠（Ethylene

Propylene

Diene

Monomer），是一種合成橡膠。EPDMEPR乙烯丙烯橡膠（Ethylene

Propylene

Rubber），是一種合成橡膠。它是由乙烯（Ethylene）、四氟乙烯（Tetrafluoroethylene）和丙烯（Propylene）通過(guò)共聚反應(yīng)制得的共聚物，ETP型氟橡膠是一種高性能的氟橡膠材料，具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和耐油性。ETPFEP聚全氟乙丙烯（Fluorinated

Ethylene

Propylene），是一種熱塑性聚合物，由四氟乙烯和含氟單體（如四氟乙烯醚）共聚2冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004而成。它具有類似于PTFE的出色耐化學(xué)腐蝕性、低摩擦系數(shù)和優(yōu)異的耐高溫性能。相比于PTFE，F(xiàn)EP具有更低的熔融溫度，更容易地加工成各種形狀。含

氟

彈

性

橡

膠

（

Fluoroelastomer

）

，

也

稱

氟

碳

橡

膠（Fluorocarbon

Rubber），是一種特殊的橡膠材料，具有出色的耐化學(xué)腐蝕性能和高溫穩(wěn)定性。FKMFWSGF設(shè)施水系統(tǒng)（Facilities

Water

System）,冷源與CDU之間的水系統(tǒng)，即一次側(cè)冷凍或冷卻水系統(tǒng)。GF型氟橡膠是由氟化碳單體聚合而成，添加了玻璃纖維（GlassFiber）增強(qiáng)劑的氟橡膠材料，玻璃纖維的添加可以增強(qiáng)氟橡膠的強(qiáng)度和剛度，提高其耐磨損性和耐沖擊性。圖形處理器（Graphics

Processing

Unit），是一種專門用于處理圖形和圖像的處理器。與CPU相比，GPU在圖形處理方面有著更強(qiáng)大的計(jì)算和并行處理能力。GPU高密度聚乙烯（High

Density

Polyethylene），是一種常見的塑料材料。HDPE氫化丁晴橡膠（Hydrogenated

Nitrile

Butadiene

Rubber），是一種耐油性較高的橡膠材料，通過(guò)氫化處理增加了耐熱性和抗臭氧性能，被廣泛應(yīng)用于涉及高溫、高壓和化學(xué)腐蝕環(huán)境下的密封和橡膠制品。HNBR環(huán)路工藝?yán)涿焦┗仄绻埽↙oop

Coolant

Manifold）用于向環(huán)路內(nèi)各支路分配工藝?yán)涿降难b置。LCMMFI熔融指數(shù)（Melt

Flow

Index），指熱塑性塑料在一定溫度和壓力下，熔體在

10

分鐘時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)試器的小孔所流出的熔料重量，單位是以克/10

分鐘表示。熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(Melt-mass

Flow

Rate)，指熱塑性樹脂材料分子平均尺寸和流動(dòng)性能的一項(xiàng)指標(biāo)。MFRNBR丁晴橡膠（Nitrile

Butadiene

Rubber），是一種常見的合成橡膠材料。開放計(jì)算項(xiàng)目（Open

Computer

Project），它是由

Facebook（更名為

Meta）在

2011

年發(fā)起的，旨在通過(guò)共享設(shè)計(jì)和創(chuàng)新來(lái)構(gòu)建高效、節(jié)能的數(shù)據(jù)中心設(shè)備和硬件基礎(chǔ)架構(gòu)。目前，OCPOCP3冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004同

ODCC、OPEN19

并稱為全球三大開放計(jì)算組織。聚酰胺塑料（Polyamide），具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤(rùn)滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工。PAPE聚乙烯(Polyethylene)，是一種常見的塑料材料。聚醚醚酮（Polyether

Ether

Ketone），是一種高性能工程塑料，具有極高的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。PEEK交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked

Polyethylene），由聚乙烯分子經(jīng)過(guò)交聯(lián)處理生成，交聯(lián)可以提高材料的強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，是一種常用的供水管道材料。PEXPFA聚全氟丙烯（Perfluoro

Alkoxy），是一種氟塑料，屬于全氟聚合物的一種類型。它具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫耐性、電絕緣性和耐腐蝕性。它具有與

PTFE

類似的特性，但其可加工性更好，通過(guò)熱塑性加工方法（如注塑或擠出）加工成管材、薄膜、塊材和各種形狀的制品。全氟聚醚（Perfluoropolyether），是一種特殊的氟化合物材料，具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性能。PFPEPMVE全氟甲基乙烯基醚（Perfluoromethylvinylether），是一種全氟聚合物，具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和電氣絕緣性能。PP聚丙烯(Polypropylene)，是一種常見的熱塑性聚合物。均聚聚丙烯（Polypropylene

Homopolymer），相比

PPR，具有更高的剛性和強(qiáng)度，廣泛用于各種工業(yè)和建筑材料。PPH聚苯氧化物（Polyphenylene

Oxide），是一種高性能工程塑料。它具有優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。PPOPPRPPS無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（Polypropylene

Random），相比

PVC，具有更高的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性能，廣泛用于家庭水管系統(tǒng)。聚苯硫醚（Polyphenylene

Sulfide），是一種高性能工程塑料。它具有優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性能。4冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004聚苯砜(Polyphenylsulfone)，一種無(wú)定形的熱塑性工程塑料，具有高度透明性、高水解穩(wěn)定性，是所有高性能熱塑性塑膠中最牢固的材料之一。該材料兼具強(qiáng)大的機(jī)械特性與耐熱和耐化學(xué)性，因此非常適于通常負(fù)載較高和需接觸化學(xué)品的各種要求嚴(yán)苛的應(yīng)用。PPSU聚砜（Polysulfone），是一種特定的高性能工程塑料，它具有高溫穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性和耐磨性等特殊性能。PSU聚

四

氟

乙

烯

(Polytetrafluoroethylene)

，

也

稱

為

特

氟

龍TeflonTM，具有強(qiáng)抗腐蝕性，可以耐受包括王水在內(nèi)的強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液；低摩擦系數(shù)，可用于軸承、墊片和密封環(huán)等高摩擦部件；電絕緣性，可作為電纜絕緣材料。PTFE能源利用效率（Power

Usage

Effectiveness），是數(shù)據(jù)中心最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，定義為數(shù)據(jù)中心總耗電與

IT

設(shè)備耗電之比。PUEPVC聚氯乙烯(Polyvinyl

Chloride)，是一種普遍使用的塑料，可以用于管道、電纜、地板、窗框等，但其耐高溫性能較差，會(huì)釋放出揮發(fā)性化合物危害人類健康。聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene

Fluoride），相比

PTEF，其剛性、硬度、電絕緣性、抗蠕變性能尤為突出，是最強(qiáng)韌的氟材料。PVDF快速接頭（Quick

Disconnect

Coupling），包括自鎖式快速接頭（手插和盲插）、球閥式快速接頭。QDCRCMSFN機(jī)柜工藝?yán)涿焦┗仄绻埽≧ack

Coolant

Manifold）用于向機(jī)柜內(nèi)各液冷冷板分配工藝?yán)涿降难b置。二次側(cè)流體管路（Secondary

Fluid

Networks），加拿大液冷廠商CoolIT的命名方式，同LCM。SUS是日本JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）中使用的不銹鋼材料標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱。在過(guò)去，日本的不銹鋼材料常常使用SUS作為牌號(hào)的前綴，例如SUS304代表符合JIS

G4303標(biāo)準(zhǔn)的304不銹鋼。SUSSVC靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（Static

Var

Compensator），由電容器及各種電抗元件構(gòu)成與系統(tǒng)并聯(lián)并向系統(tǒng)供應(yīng)或從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率的裝置。5冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004工藝?yán)涿较到y(tǒng)（Technolgy

Cooling

System），冷板組件與CDU之間的系統(tǒng)，即二次側(cè)系統(tǒng)。TCSTDP熱設(shè)計(jì)功率（Thermal

Design

Power），是處理器或顯卡等計(jì)算機(jī)硬件熱設(shè)計(jì)的一個(gè)主要參數(shù)。TDP是指處理器或其他硬件在滿負(fù)荷工作情況下的最大熱量產(chǎn)生值，代表了CPU或其他實(shí)際使用時(shí)的預(yù)計(jì)功耗極限，是散熱器的設(shè)計(jì)和選擇的重要參考依據(jù)。四氟乙烯（Tetrafluoroethylene），是一種無(wú)色、無(wú)味且具有高度穩(wěn)定性的氣體。TFE超

高

分

子

量

聚

乙

烯

（

Ultra-High

Molecular

WeightPolyethylene），是一種特殊類型的聚乙烯，其分子量非常高，通常達(dá)到數(shù)百萬(wàn)至數(shù)千萬(wàn)克/摩爾。它具有許多優(yōu)異的性能：高強(qiáng)度、高耐磨性、低摩擦系數(shù)、優(yōu)異的耐化學(xué)性、良好的電絕緣性和優(yōu)異的高溫性能。UHMWPE統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)（Unified

Numbering

System），它是一種用于材料和金屬標(biāo)準(zhǔn)化命名的編碼系統(tǒng)。它由SAE（Society

ofAutomotive

Engineers

）

、

ASTM

（

American

Society

forTesting

and

Materials

）

和

ASME

（

American

Society

ofMechanical

Engineers）等多個(gè)工程組織共同制定和管理的，不受國(guó)籍、材料種類、制造方式、化學(xué)成分等因素限制的開放式系統(tǒng)，在全球廣泛應(yīng)用。它由一個(gè)字母和五個(gè)數(shù)字組成，字母表示材料類型，數(shù)字表示材料化學(xué)成分、機(jī)械性能等相關(guān)參數(shù)，便于跨國(guó)貿(mào)易。UNS用水效率（Water

Usage

Effectiveness），是數(shù)據(jù)中心重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，定義為數(shù)據(jù)中心總用水量與IT設(shè)備耗電量之比，單位為L(zhǎng)/kW·h。WUEAir

Cooling，與液冷相對(duì)應(yīng)，以空氣為冷卻介質(zhì)，通過(guò)CRAC或CRAH設(shè)備將機(jī)房?jī)?nèi)的空氣降溫至18～30℃左右的冷空氣，將服務(wù)器產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程。業(yè)內(nèi)常被稱為“風(fēng)冷”?？諝饫鋮sLiquid

Cooling或Direct

Liquid

Cooling，液體冷卻的簡(jiǎn)稱，以液體為冷卻介質(zhì)，通過(guò)CDU設(shè)備將進(jìn)入服務(wù)器的工藝?yán)涿揭后w降溫至17～45℃左右，將服務(wù)器產(chǎn)生的熱量全部或部分轉(zhuǎn)移的過(guò)程。根據(jù)工藝?yán)涿绞欠衽c服務(wù)器接觸分為直接液冷和間接液冷兩大類。直接液冷的液體一般是不導(dǎo)電的油類或者氟化物；間接液冷的液體一般是去離子水，醇類溶液，還有氟化物。液冷6冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004空氣冷卻和液體冷卻混合布置的機(jī)房或者機(jī)柜，空氣冷卻和液冷功率（或發(fā)熱量）的大致設(shè)計(jì)比例，一般指冷板液冷服務(wù)器。業(yè)內(nèi)常被稱為“風(fēng)液比”。氣液比風(fēng)

冷

冷

卻

（

Air

Cooled

）

或

風(fēng)

冷

冷

凝

（

Air

CooledCondensation）的簡(jiǎn)稱，一般指冷卻介質(zhì)向空氣尤其室外空氣轉(zhuǎn)移熱量的過(guò)程。風(fēng)冷水冷水冷冷凝（Water

Cooled

Condensation）的簡(jiǎn)稱，一般指冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻水轉(zhuǎn)移熱量的過(guò)程。Primary

Side，是指在間接熱交換過(guò)程中，提供熱量或冷量的一側(cè)。在液冷領(lǐng)域，以CDU的板式換熱器為界限，冷源側(cè)為一次側(cè)。一次側(cè)Secondary

Side，是指在間接熱交換過(guò)程中，熱量或冷量傳遞給待調(diào)節(jié)區(qū)域的一側(cè)。在液冷領(lǐng)域，以CDU的板式換熱器為界限，服務(wù)器側(cè)為二次側(cè)。二次側(cè)Technology

Cooling

System，簡(jiǎn)稱TCS，是指用于冷卻和保持工藝?yán)涿较到y(tǒng)

電子設(shè)備運(yùn)行溫度在可接受范圍內(nèi)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)即為二次側(cè)所在系統(tǒng)，工藝?yán)涿郊炊蝹?cè)冷卻液。ApproachTemperature或MinimumDifferential逼近溫度Temperature，是指二次側(cè)供液溫度與一次側(cè)進(jìn)水溫度之差。模塊化數(shù)據(jù)中心的簡(jiǎn)稱，Modular

Data

Center（MDC），是指完全按照模塊化設(shè)計(jì)思路搭建的可快速部署的數(shù)據(jù)中心模型，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部由多個(gè)完全相同的微模塊（Micro

Module）組成；微模塊則是以若干機(jī)架為基本單位，包含制冷模塊、供配電模塊及網(wǎng)絡(luò)、布線、監(jiān)控在內(nèi)的獨(dú)立的運(yùn)行單元，全部組件可在工廠預(yù)制，并可靈活拆卸，快速組裝。微模塊接液材料是指其表面與工藝?yán)涿街苯咏佑|的材料，必須和工藝?yán)涿骄邆浼嫒菪裕詫⒗鋮s回路中潛在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)和泄漏風(fēng)險(xiǎn)降至最低。接液材料7冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004三、冷板液冷介紹（一）冷板液冷技術(shù)介紹1.

冷板液冷發(fā)展歷程雖然液冷這個(gè)技術(shù)名詞是近代才出現(xiàn)的，但是液冷或者說(shuō)用水降溫這種生活方式，卻是與人類發(fā)展史緊密相伴的。用水降溫是動(dòng)物與生俱來(lái)的本領(lǐng)，人類還進(jìn)一步利用液冷原理建造自然水冷建筑“含涼殿”。液冷技術(shù)并非從數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展應(yīng)用起來(lái)的，其最初的應(yīng)用是在機(jī)械加工行業(yè)，也就是18世紀(jì)第一次工業(yè)革命發(fā)明的機(jī)械加工設(shè)備，使用水和油作為金屬加工液進(jìn)行降溫。之后，19世紀(jì)第二次工業(yè)革命將人類社會(huì)帶入電氣時(shí)代，尼古拉·特斯拉首次將液冷應(yīng)用于變壓器冷卻。20世紀(jì)開始進(jìn)入電子時(shí)代，隨著科技的進(jìn)步和制作工藝的發(fā)展，高性能、高功率的電子元器件的冷卻要求不斷提高，就需要選擇效率更高的液冷技術(shù)，理論上沸騰的熱水可以帶走的極限熱量是2MW/cm

。1944年美國(guó)人高格勒提出熱管換熱器概念，它是2一種不附加任何動(dòng)力，可以使冷凝的液體依靠吸液芯克服重力再回到上方，達(dá)到熱量從一個(gè)地點(diǎn)傳動(dòng)到另一個(gè)地點(diǎn)目的的傳熱器件。經(jīng)過(guò)熱管技術(shù)的演進(jìn)，閉合管路的冷板始于航天設(shè)備的應(yīng)用，冷板的叫法據(jù)說(shuō)來(lái)自20世紀(jì)60年代的美國(guó)阿波羅登月計(jì)劃，登月設(shè)備中液冷已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高精度電子器件的冷卻。[1]8冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004液冷技術(shù)首次在計(jì)算機(jī)上得到正式使用是在1951年，人類歷史上第一臺(tái)商用電子計(jì)算機(jī)UNIVAC

I采用了水冷裝置。之后的幾十年，液冷技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用是曲折的，主要跟計(jì)算機(jī)性能需求和芯片技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)。1966年，IBM推出了System360大型計(jì)算機(jī)，這款計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)運(yùn)算速度最快、性能最強(qiáng)的機(jī)器，主要用于科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的高速數(shù)據(jù)處理（比如太空探索、亞原子物理學(xué)、全球氣候預(yù)測(cè)等）。為確保該大型機(jī)在高速運(yùn)算中不會(huì)發(fā)生過(guò)熱宕機(jī)，IBM首度開發(fā)了用水冷卻的液冷系統(tǒng)。但在隨后的幾十年，由于在較低熱負(fù)荷時(shí)空氣冷卻成本更低、安裝部署更為簡(jiǎn)單，液冷技術(shù)并未被重視。直到20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)性能飛速提升，為了滿足散熱的需要，空氣冷卻和液冷融合的氣液混合系統(tǒng)開始出現(xiàn)，甚至有一段時(shí)間多種芯片級(jí)液冷技術(shù)得到深度應(yīng)用并走向成熟。20世紀(jì)90年代，晶體管新技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)著大型計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片的功耗和熱量斷崖式下跌，散熱又重新回到空氣冷卻的模式。21世紀(jì)初，隨著數(shù)據(jù)中心應(yīng)用規(guī)模的快速提升，液冷技術(shù)又一次步入發(fā)展的快車道。2008年，IBM對(duì)外發(fā)布基于Power6處理器的液冷超級(jí)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)Power575,

其在微處理器模塊上使用了冷板液冷，使服務(wù)器工作溫度降低了至少20℃。Power575液冷系統(tǒng)通過(guò)采用模塊化的設(shè)計(jì)和快速連接接頭的應(yīng)用，尤其在系統(tǒng)側(cè)和設(shè)備側(cè)采用全流量互鎖式快接，可以實(shí)現(xiàn)快速簡(jiǎn)單的連接和斷開。國(guó)內(nèi)隨著信息技術(shù)賦能千行百業(yè)，數(shù)據(jù)中心能耗和芯片散熱問(wèn)題也得到重視，國(guó)家和地方出臺(tái)了一系列數(shù)據(jù)中心能效水平限值要9冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004求，如國(guó)家工信部規(guī)定新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE不超過(guò)1.3。液冷技術(shù)在國(guó)內(nèi)有了迅速成長(zhǎng)壯大的土壤，國(guó)內(nèi)如曙光、華為、浪潮、聯(lián)想、新華三和中興通訊等代表性廠商已經(jīng)紛紛推出了系列液冷產(chǎn)品。中科曙光最早于2015年推出國(guó)內(nèi)首款標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)的冷板液冷服務(wù)器，同年，中科院大氣物理研究所的“地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)”率先使用冷板液冷服務(wù)器，大大提高散熱效率，也成為國(guó)內(nèi)液冷服務(wù)器大規(guī)模使用的第一個(gè)公開案例，該系統(tǒng)并于2017年上榜當(dāng)年全球高性能計(jì)算機(jī)（HPC）TOP500榜單。冷板液冷因?qū)ΜF(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，可操作性更強(qiáng)，成為目前國(guó)內(nèi)成熟度最高、應(yīng)用最廣泛的液冷散熱方案。隨著國(guó)內(nèi)主流服務(wù)器廠商紛紛推出冷板液冷服務(wù)器產(chǎn)品，液冷技術(shù)開始逐步走向成熟并開始批量化、規(guī)?；褂?。2.

冷板液冷技術(shù)原理傳統(tǒng)空氣冷卻方式以空氣為介質(zhì)進(jìn)行散熱，通過(guò)送入低溫空氣、經(jīng)與電子器件進(jìn)行熱交換后，將其熱量帶走。液冷方式則以液體為介質(zhì)進(jìn)行散熱，只需提供中溫液體即可滿足元器件散熱需求，比空氣冷卻方式散熱效率更高，也更加節(jié)能（如圖3-1所示）。10冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004圖

3-1

空氣冷卻及液冷工作原理冷板液冷技術(shù)是目前最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的液冷散熱方式。冷板液冷技術(shù)是指通過(guò)冷板（通常為銅、鋁等導(dǎo)熱金屬構(gòu)成的封閉腔體）將發(fā)熱器件的熱量間接傳遞給在封閉的循環(huán)管路中的冷卻液體，通過(guò)冷卻液體將熱量帶走的冷卻形式[2]。冷板液冷技術(shù)利用工藝?yán)涿阶鳛橹虚g熱量傳輸?shù)拿浇?，將熱量由熱區(qū)傳遞到遠(yuǎn)端后再進(jìn)行冷卻。在該技術(shù)中，工藝?yán)涿脚c被冷卻對(duì)象分離，工藝?yán)涿讲慌c電子器件直接接觸，而是通過(guò)冷板等高效熱傳導(dǎo)部件將冷卻對(duì)象的熱量傳遞到工藝?yán)涿街?，因此冷板液冷技術(shù)又稱為間接液冷技術(shù)。冷板液冷技術(shù)相較于傳統(tǒng)空氣冷卻技術(shù)，不需改變現(xiàn)有服務(wù)器的形態(tài)，使用、維護(hù)等方面與現(xiàn)有服務(wù)器也較為接近。冷板液冷系統(tǒng)工作原理如圖3-2所示，冷板液冷是將服務(wù)器內(nèi)的主要散熱元器件CPU、GPU、內(nèi)存等產(chǎn)生的熱量通過(guò)與冷板內(nèi)的液體進(jìn)行熱交換并帶出服務(wù)器，這一部分的熱量占服務(wù)器總熱量的50%-80%，剩余少部分的熱量采用空氣冷卻，通過(guò)空氣與服務(wù)器進(jìn)行熱交換。冷板液冷系統(tǒng)中的二次側(cè)的中高溫液體帶走服務(wù)器的熱量，流經(jīng)CDU，傳遞給一11冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004次側(cè)冷卻水，并通過(guò)冷源設(shè)備將熱量傳遞到室外空氣，這一過(guò)程中的主要?jiǎng)恿ρb置為循環(huán)水泵以及冷源設(shè)備的風(fēng)機(jī)。圖3-2

冷板液冷系統(tǒng)原理示意圖3.

冷板液冷技術(shù)特點(diǎn)冷板液冷方案一般具備以下特點(diǎn)：（1）

高效散熱：液體的體積比熱容是空氣的1000-3500倍，意味著冷卻液體可以吸收大量熱量而不會(huì)顯著升高溫度；液體的對(duì)流換熱系數(shù)是空氣的10-40倍，同等空間情況液冷的冷卻能力遠(yuǎn)高于空氣；由液冷冷板套件替代CPU原散熱套件，通過(guò)工藝?yán)涿皆诶浒逯械膹?qiáng)制對(duì)流，有效地將熱量從設(shè)備中快速地帶走，散熱效率得到大幅提升。（2）

高TDP方案：當(dāng)CPU芯片TDP超過(guò)350W時(shí)，冷板液冷成為少數(shù)的解決方案（圖3-3）。12冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004圖3-3

TDP變化與冷卻方式的演進(jìn)[3]（3）

精確制冷：冷板套件直達(dá)服務(wù)器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)更為高效的部件級(jí)精確制冷，CPU核溫低至65℃左右，使元器件在更穩(wěn)定更合適的溫度下工作，可靠性更高。（4）

支持高功率部署：冷板液冷技術(shù)散熱效率更高，可支持單機(jī)柜功率高達(dá)60kW的部署需求，同時(shí)降低占地成本。（5）

兼容性優(yōu)：在不改變目前服務(wù)器主板的情況下即可實(shí)現(xiàn)，拆卸簡(jiǎn)單，安裝方便。相比其他液冷技術(shù)，對(duì)機(jī)房的要求較低，與現(xiàn)有機(jī)房的兼容性優(yōu)。冷板液冷可實(shí)現(xiàn)液冷微模塊的形式，可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有空氣冷卻服務(wù)器的兼容使用。在系統(tǒng)上，相比其他液冷技術(shù)，空氣冷卻改造液冷更為方便，可參見本文第六章第（三）節(jié)第1小節(jié)。（6）

維護(hù)簡(jiǎn)便：服務(wù)器與機(jī)柜的連接采用快速接頭，服務(wù)器上下架可實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)在線插拔，不影響其他服務(wù)器正常運(yùn)行。另外，保留了原有服務(wù)器的形態(tài)及維護(hù)方式，不影響客戶使用習(xí)慣。（7）

生態(tài)更成熟：冷板液冷是液冷技術(shù)中應(yīng)用最早，也是最為成熟的技術(shù)，同時(shí)，其產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)更成熟。13冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004（8）

支持定制：可根據(jù)特定的電子元件，考慮組件的尺寸、形狀和散熱要求，可優(yōu)化工藝?yán)涿酵ㄟ^(guò)冷板的流動(dòng)路徑、增加翅片等手段以降低熱阻（圖3-4）。圖3-4

某強(qiáng)化對(duì)流換熱定制開發(fā)冷板CFD分析（9）

支持超頻：由于服務(wù)器的運(yùn)行溫度更低，可允許服務(wù)器超頻運(yùn)行，提升服務(wù)器算力挖潛。（10）

更加節(jié)能：整個(gè)冷卻系統(tǒng)采用中高溫水作為冷卻介質(zhì)，不同于靠低溫水或空氣進(jìn)行散熱，從而大大降低了冷卻系統(tǒng)能耗，可充分利用自然冷源，冷板液冷CLF可低至0.1以下，比傳統(tǒng)空氣冷卻機(jī)房節(jié)能20%以上。（11）

支持余熱回收：一次側(cè)回水溫度約為38℃-45℃，雖屬于低品位余熱，但考慮到數(shù)據(jù)中心規(guī)模體量巨大，其產(chǎn)生的余熱量可觀且穩(wěn)定、持續(xù)。因此可依據(jù)余熱利用場(chǎng)景靈活選擇設(shè)置，如辦公及生活供暖、泳池加熱、設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室供熱等方式就近消納余熱資源。（12）

冷媒易獲得：相比其它液冷技術(shù)，冷板液冷通常采用乙二醇或丙二醇等水基溶液作為工藝?yán)涿?，具有容易獲取的優(yōu)點(diǎn)。14冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-020044.

冷板液冷關(guān)鍵技術(shù)冷板液冷技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾點(diǎn)：（1）冷板設(shè)計(jì)：冷板的設(shè)計(jì)對(duì)冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要。冷板必須與電子元器件保持良好的熱接觸，這樣熱量才能快速有效地從元器件傳遞到冷板。冷板流道通過(guò)機(jī)械加工、鏟齒、擠壓、鍛壓等工藝加工，密封采用攪拌摩擦焊、真空釬焊、氣體保護(hù)焊等工藝焊接，需要具有良好的密封性。此外，冷板內(nèi)通道流量大小、水阻和布局方式對(duì)散熱效果起著至關(guān)重要的作用。（2）工藝?yán)涿降倪x擇和水質(zhì)管理：冷板液冷系統(tǒng)中使用的液體冷卻劑通常是去離子水、乙二醇或丙二醇等水基溶液。去離子水會(huì)添加適當(dāng)?shù)乃巹﹣?lái)抑制細(xì)菌滋生并減緩金屬腐蝕。工藝?yán)涿巾毶髦剡x擇，以保證與接液材料的兼容性。工藝?yán)涿奖仨毦哂辛己玫谋葻崛?、流?dòng)特性和低粘度，以確保有效的熱傳遞。同時(shí)，需要對(duì)水基的工藝?yán)涿竭M(jìn)行定期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析。近兩年，陸續(xù)出現(xiàn)了氟化物代替水基溶液作為工藝?yán)涿竭M(jìn)行冷卻，詳見本文6.2。除6.2外，本文其它章節(jié)所涉及工藝?yán)涿骄谒芤哼M(jìn)行設(shè)計(jì)和介紹，特此說(shuō)明。（3）RCM設(shè)計(jì)：RCM的流量分配設(shè)計(jì)將直接影響各支路流量，如何確保最不利的環(huán)路水流量仍然充足，需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)考慮。（4）二次側(cè)泵和LCM設(shè)計(jì)：用于循環(huán)工藝?yán)涿降亩蝹?cè)泵設(shè)計(jì)必須確保LCM每個(gè)接口足夠的流量和壓力。二次側(cè)泵必須支持長(zhǎng)期可15冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004靠連續(xù)運(yùn)行，且噪音小。

LCM的設(shè)計(jì)必須能夠最大限度地減少壓降并確保通過(guò)冷板和熱交換器的高效流動(dòng)。（5）二次側(cè)系統(tǒng)可靠性測(cè)試：二次側(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠直接影響服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，需要考慮魯棒性設(shè)計(jì)和安全測(cè)試等。（6）冷源設(shè)計(jì)：冷源設(shè)計(jì)必須能夠?qū)㈦娮釉a(chǎn)生的熱量全部散入室外空氣，并提供穩(wěn)定的一次側(cè)進(jìn)水溫度。需根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)水溫度、當(dāng)?shù)貧夂蛩礂l件、冗余要求、周邊熱回收設(shè)施等要素合理設(shè)計(jì)冷源。（7）冷卻水水質(zhì)管理：一次側(cè)作為散熱源側(cè)，其水質(zhì)管理至關(guān)重要。不恰當(dāng)?shù)乃|(zhì)管理會(huì)導(dǎo)致水流堵塞，將直接影響系統(tǒng)是否可以正常工作。冷卻水水質(zhì)管理除了泥沙沖洗，定期除垢除菌外，還需要考慮不同管道材質(zhì)之間是否會(huì)因電勢(shì)差而造成電化學(xué)腐蝕問(wèn)題。（8）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控和調(diào)節(jié)工藝?yán)涿綔囟群土髁?，以確保最佳的冷卻性能?？刂葡到y(tǒng)可以包括溫度傳感器、流量計(jì)和其他監(jiān)測(cè)和控制組件，以確保系統(tǒng)在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。特別要注意的是，需要考慮防凝露和漏液監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)還可以包括用于監(jiān)控系統(tǒng)性能并在出現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)提供告警。（二）常用產(chǎn)品器件介紹冷板液冷系統(tǒng)一般由二次側(cè)冷卻環(huán)路和一次側(cè)冷卻環(huán)路構(gòu)成，其中，二次側(cè)冷卻環(huán)路是通過(guò)工藝?yán)涿窖h(huán)將發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出的冷卻環(huán)路；一次側(cè)冷卻環(huán)路是通過(guò)工藝?yán)涿綄⒍蝹?cè)冷卻環(huán)16冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004路導(dǎo)出的熱量傳遞至室外環(huán)境或通過(guò)熱回收系統(tǒng)回收利用的冷卻環(huán)路。二次側(cè)冷卻環(huán)路由冷板組件、CDU和連接系統(tǒng)（包括RCM、QDC、LCM等）等構(gòu)成；一次側(cè)冷卻環(huán)路由冷源和一次側(cè)回路等構(gòu)成，二次側(cè)冷卻環(huán)路與一次側(cè)冷卻環(huán)路在CDU處進(jìn)行換熱。圖3-5給出了各部件位于液冷系統(tǒng)的位置示意。圖

3-5

冷板液冷系統(tǒng)構(gòu)成示意圖1.

冷板組件基本組成冷板組件由冷板、配套管路、扣具、轉(zhuǎn)接頭、快速接頭QDC、漏液檢測(cè)裝置等主要零部件構(gòu)成，圖3-6給出了冷板組件的構(gòu)成示意，圖3-7展示了冷板和冷板組件的實(shí)物照片。17冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004圖3-6

冷板組件構(gòu)成示意圖圖3-7

冷板&冷板組件實(shí)物照片其中，各冷板組件描述如下：（1）

冷板：以工藝?yán)涿綖槊浇?，?shí)現(xiàn)熱量交換的緊湊型換熱部件，與設(shè)備配套管路、QDC、CDU、RCM、LCM等形成二次側(cè)冷卻環(huán)路，并最終將處理器熱量傳遞至室外。（2）

設(shè)備配套管路：用于冷板與冷板或液體快速接頭之間互連保障流通的部件。（3）

扣具：為冷板與處理器貼合提供鎖緊力的專用鎖緊零部件。（4）

轉(zhuǎn)接頭：在冷板系統(tǒng)中起到連接作用的零部件。18冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004材質(zhì)冷板組件的接液材料要與工藝?yán)涿奖３至己玫募嫒菪?，?shù)據(jù)中心設(shè)備冷板組件材質(zhì)一般如表3-1所示：表

3-1

不同部件的材料冷板組件名稱冷板常用材料說(shuō)明散熱模塊為接液材料；一體式冷板不區(qū)分散熱模塊和固定模塊。散熱模塊：紫銅固定模塊：鋁接液材料，橡膠管路和轉(zhuǎn)接頭連接時(shí)需通過(guò)卡箍或卡環(huán)或壓接等方式增加連接可靠性。橡膠：EPDM

等管路塑料：PTFE、FEP

等扣具金屬、塑料等紫銅、不銹鋼等不銹鋼等非接液材料接液材料，材料類型需和冷板散熱模塊保持一致。轉(zhuǎn)接頭快速接頭接液材料關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)參考表3-2以Intel

EGS

CPU的冷板設(shè)計(jì)為例，對(duì)冷板組件關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。表中參數(shù)不作為所有冷板組件的參考限值。表

3-2

設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)鍵設(shè)計(jì)項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)描述說(shuō)明小功率器件冷板可直接采用機(jī)加工流道、金屬管嵌管等方案散熱模塊為接液材料；一體式冷板不區(qū)分散熱模塊和固定模塊冷板內(nèi)部流道大功率器件（一般為＞19冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004100W）冷板一般采用鏟齒工藝，齒厚一般為

0.1～1.0mm

，

齒

間

隙

一

般

為2

～

10

倍

過(guò)

濾

精

度

。

例如，二次側(cè)過(guò)濾為

50μm，齒間隙一般為

0.1

～0.5mm冷板內(nèi)部流道內(nèi)、管路內(nèi)

可以根據(jù)該流速計(jì)算出不部流速＜1.5m/s

同管徑下的最大流量冷板內(nèi)部流速額定流量滿足芯片散熱要求基礎(chǔ)上，流量越小越有優(yōu)勢(shì)，以下數(shù)據(jù)供參考：冷板所需流量小，單臺(tái)CDU

能承擔(dān)的節(jié)點(diǎn)更多，更節(jié)能Intel

EGS

CPU

單冷板組件額定流量為

0.7L/min冷板熱阻是芯片表面溫度與二次側(cè)供液溫度差值后，與芯片功耗的比值。滿足芯片散熱即可，以下數(shù)據(jù)供參考：冷板熱阻Intel

EGS

CPU

標(biāo)準(zhǔn)冷板組

件

的

熱

阻

為

0.033

℃/W@0.7L/min冷板流阻是冷板流體流動(dòng)時(shí)前后壓差值。冷板流阻Intel

EGS

CPU

單冷板組件的流阻為1.6kPa@0.7L/min2.

快速接頭

QDC為方便服務(wù)器或機(jī)柜的安裝和維護(hù)，宜在服務(wù)器的冷板組件和RCM，或

RCM

和

LCM

使用

QDC

連接，根據(jù)上述安裝位置的不同，分為自鎖式快速接頭和球閥式快速接頭。快速接頭應(yīng)具備可實(shí)現(xiàn)的快速20冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004連接和斷開功能，方便帶壓連接和斷開，可實(shí)現(xiàn)單人單手操作。宜盡量降低流阻，節(jié)約二次側(cè)泵的能耗。自鎖式快速接頭自鎖式快速接頭（圖

3-8）具備流體截?cái)喙δ艿牟灏谓M件，由插頭與插座組成。自鎖式快速接頭通常用于冷板組件和

RCM

的連接（圖

3-9），一般規(guī)格為

1/8

寸～1/2

寸，可實(shí)現(xiàn)液冷系統(tǒng)帶液插拔維護(hù)功能。當(dāng)插頭和插座連接時(shí)，流體接通；當(dāng)插頭和插座斷開時(shí)，彈簧自復(fù)位確保供液中斷，工藝?yán)涿讲粫?huì)溢出到系統(tǒng)外，以避免頻繁工藝?yán)涿窖a(bǔ)液，污染甚至危及服務(wù)器。此接頭需提供如圖

3-10

流量-壓降曲線，在

OCP

標(biāo)準(zhǔn)中，性能參數(shù)如下表

3-3，表中的

Cv

值，定義如下：Cv

值表示的是元件對(duì)介質(zhì)的流通能力，即:流量系數(shù)，0.5Cv

值越高在相同流量下流阻越低。計(jì)算公式

Cv=Q*(ρ/△P)

,

Q

為流量，ρ為流體密度，△P

為壓降。圖

3-8

自鎖式快速接頭21冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004圖

3-9

服務(wù)器冷板組件與

RCM

之間快速接頭連接圖

3-10

自鎖式快速接頭流量-壓降曲線（供參考）表

3-3

UQD

快速接頭

OCP

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)UQD021/8UQD041/4UQD063/8UQD081/2主體尺寸/in標(biāo)稱流量直徑/mm2.85.56.38.9最大工作壓力/bar6.96.96.96.920.720.720.720.7最小爆破壓力22冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004/bar流量/L·min-1最大溢出量/mL最小

Cv

值2.16.40.0250.8011.40.0351.6017.80.0702.500.0200.25工作溫度/℃貯存溫度/℃17～65-40～7517～65-40～7517～65-40～7517～65-40～75球閥式快速接頭球閥式快速接頭自帶球閥，可手動(dòng)調(diào)節(jié)球閥通斷的快速接頭，常用于

RCM

與

LCM

的連接處。此類接頭最經(jīng)典案例是丹佛斯

FD83（圖

3-11），接頭規(guī)格為

1

寸、2

寸兩種，它的特點(diǎn)是：（1）

左右兩半接頭完全相同，避免安裝錯(cuò)誤。（2）

銷鎖設(shè)計(jì)：左右接頭耦合前，閥芯不能開啟；閥芯閉合前，左右接頭無(wú)法斷開。避免意外打開導(dǎo)致泄漏。（3）

帶壓通斷：可以實(shí)現(xiàn)熱連接、斷開和在線流體通斷。（4）

多種尾端：多種接口方式，可以直接連接軟管和硬管。圖

3-11

FD83

接頭23冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004FD83

接頭的流量-壓降曲線見圖

3-12，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表

3-4。圖

3-12

FD83

接頭流量-壓降曲線（供參考）表

3-4

FD83

接頭技術(shù)參數(shù)接頭規(guī)格最高工作壓力/bar最低爆破壓力/bar額定流量/L·min-1Cv

值1

寸2

寸10102020189800301273.

軟管軟管為撓性連接，可實(shí)現(xiàn)位移、長(zhǎng)度伸縮補(bǔ)償、緩沖、耐震功能，軟管連接包括機(jī)柜級(jí)軟管和服務(wù)器級(jí)軟管，機(jī)柜級(jí)軟管作用是連接

RCM

和

LCM，服務(wù)器級(jí)軟管作用是連接

RCM

與冷板。軟管根據(jù)連接端口型式，需要在管端安裝軟管接頭、快速接頭等配件以適配連接要求。24冷板液冷標(biāo)準(zhǔn)化及技術(shù)優(yōu)化白皮書ODCC-2023-02004圖

3-13

軟管示意軟管材料：應(yīng)滿足與工藝?yán)涿郊嫒?，常用材料?/p>