兩相浸沒式冷卻 | Two-Phase Immersion Cooling | 解決方案

兩相浸沒式冷卻

兩相浸沒式冷卻是一項嶄新的資料中心冷卻技術。在兩相浸沒式冷卻運算系統中，電子零件浸泡於不導電的冷卻液裡，透過液體與發熱零件直接接觸以及液體流動來傳導熱能；3M的冷卻液沸點僅50°C，因為沸點低，液體會很快的沸騰為水蒸氣，而當氣體上升同時也把運算過程中產生的熱從液體池中帶走。與礦物油相比，兩相浸沒式冷卻所使用的冷卻液更加清潔、環保；由於黏度低，流體在密封槽內的循環相對穩定並遵守動量守恆定律，不需要額外的水泵就能讓循環持續運行。如此簡單的散熱過程不同於空氣冷卻需要其他設備協作，減少使用更多資源來製造散熱設備並能提高冷卻效率，減少能源使用。

了解更多：
《將浸沒式冷卻部署在您的IT策略中》
《為全球晶圓代工霸主創造更多企業價值》

3M approved immersion cooling collaborator

兩相浸沒式液冷運算系統應用場域

邊緣資料中心

5G應用促使電信商在終端投入更多運算平台來降低數據延遲；在空間有限的城市地區中，液冷運算系統能在有限的空間裡實現超高密度的運算處理能力，使得兩相浸沒式液冷運算系統成為邊緣資料中心部署的理想選擇。

深度學習

人工智慧演算法的訓練過程需要高效能的平行運算來協助巨量資料的矩陣計算。而大量大功率的偕同加速運算器，如圖形加速卡的使用則會產生更多的熱能導致高額的電費，相較之下兩相浸沒式液冷提供了更有成本效益和環保的解決方案。

區塊鏈

區塊鍊和加密貨幣依靠點對點網路中每個端點的紀錄來保護資料安全。當越來越多的機器連接到該網路，持續增加的調節數與交易資料將導致相對應的雜湊值難度更加推升，也讓數學計算越來越困難導致計算機產生更高的熱量。兩相浸沒式液冷呈現了相對經濟且環保的解決方案。

高頻交易

高頻交易需要能夠提供超低延遲的高性能計算系統來爭取即時性。幾毫秒的交易時間差都可能會帶來數百萬美元的利潤或損失。兩相浸沒式冷卻可以為這樣的極端應用實現更高的運算超頻可能性。

兩相浸沒式液冷的優點

高效且節能

浸沒式液冷能直接傳導熱能，散熱效率更好；用同樣運算力的資訊設備相比，使用浸沒式液冷的伺服器較氣冷系統能降低5%-15%的能耗。

suitable to User Friendly, Ease of Use& Lower maintenance requirement

提升可靠性

冷卻液僅50°C的沸點讓密封槽內的溫差能被妥善的控制；少了風扇散熱也不再有葉片轉動時所產生的振動，這些優點都讓零件減少了故障的可能。

suitable to Flexibility, Scalability, production capacity

高運算密度

不需要考慮散熱界面高度以及氣體流動的風洞都代表了運算元件，例如組裝電路板能被更緊密地布局，提升運算密度。

suitable to Reduce Expenses, Money Saving, Reduces Cost

低維護需求

低溫差，穩定性高的運作環境降低了零件老化與故障的機會，減少系統需要頻繁維護的需求。

可靈活部署

系統維護需求低，所以能在偏遠地區佈署，而槽體內的環境穩定，也使兩相浸沒式液冷運算系統能被佈署在極端的環境。

兩相浸沒式液冷運算系統工作方式

將伺服器浸沒至3M™ Fluorinert™ 氟化液的不導電冷卻液中，透過冷卻液與發熱零件的直接接觸以及液體循環來帶走運算設備中的熱；同時由於液體低溫蒸發的過程將熱從液體池內轉移到池外空間，通過熱交換，例如冷凝管，水蒸氣再次冷卻凝結流回冷卻液池中，如此週而復始，不斷循環。

LiquidStack開發了有開門結構的密封蓄水槽，槽體能安裝多台技嘉高性能伺服器，並透過槽頂的維修門來進行設備維護及密封。密封槽內注入3M™ Fluorinert™ 氟化液的冷卻液覆沒所有運算設備；透過對溫度與壓力的模擬，LiquidStack在槽內保留一個有容許度的相變空間來進行不間斷的熱交換循環過程。

兩相浸沒式液冷合作夥伴

兩相浸沒式液冷基礎設施 – LiquidStack
總部位於香港，LiquidStack是建構高效率冷卻方案的先驅，並於2012年率先佈署兩相浸沒式液冷於商業運作上，在歐洲創建了40MW和120MW容量的兩相浸沒式液冷資料中心。LiquidStack是技嘉科技與3M™ Fluorinert™ 氟化液的浸沒式液冷方案合作夥伴，並曾獲得Data Center Dynamics的“未來思維和設計概念”獎以及”最佳綠色IT獎”(PUE 1.01)等榮譽。

兩相浸沒式液冷冷卻液 – 3M™ Fluorinert™ 氟化液
3M在浸沒式冷卻液領域長期處於領先地位，從1950年開始，3M就推出應用在軍用航空電子設備的氟化物冷卻液。在過去的10年裡，3M™ Fluorinert™ 氟化液被廣泛的使用在資訊設備冷卻方案中且廣為業界推崇。

3M™ Fluorinert™ 氟化液具有卓越的介電質強度以及優越的材料相容性。與礦物油等烴類液體不同，這款冷卻液清澈、無臭、不可燃並且低毒，無腐蝕性。從Fluorinert氟化液中取出的電子零件能很快的乾燥，不會潮濕，發粘或油膩，所以維護時也無需準備橡膠墊、紙巾來整理。種種的安全性與穩定度讓3M™ Fluorinert™ 氟化液成為兩相浸沒式液冷中最佳的導熱媒介選擇。
3M™ Fluorinert™ 氟化液-產品鏈結
https://www.3m.com/3M/en_US/p/d/b10144228/

GIGABYTE浸沒式液冷伺服器

技嘉是高性能伺服器領導品牌，透過優越的市場洞察力，技嘉很早就投入大量資源於異質偕同運算以及不同冷卻方案的產品開發，擁有市場上最完整的異質偕同運算伺服器與液體冷卻方案產品。透過長期與合作夥伴的研究，技嘉的高性能伺服器布局能有效穩定冷卻槽內的流體流線；並滿足高功率容量和即時監控系統運作的需求。技嘉模組化的產品設計規範也讓我們能及時因應客戶需要修改產品組態重新提供符合規格並與液冷系統相容的產品。

經過驗證的兩相浸沒式液冷伺服器

1/5

Intel架構支援16張單寬度加速卡伺服器

G292-2G0 (rev. 100)

相容於概念一體機規格

2/5

AMD架構支援16張單寬度加速卡伺服器

G292-Z43 (rev. A00)

相容於概念一體機規格

3/5

Intel架構支援8張雙寬度加速卡伺服器

G292-280 (rev. 100)

相容於概念一體機規格

4/5

AMD架構支援8張雙寬度加速卡伺服器

G292-Z44 (rev. A00)

相容於概念一體機規格

5/5

AMD架構2U 4節點高密度伺服器

H261-Z61 (rev. 100)

相容於概念一體機規格

兩相浸沒式液冷運算一體機

技嘉提供一款兩相浸沒式液冷概念一體機可以供客戶採買用於測試驗證。這款可移動的液冷運算設備能很快地安裝上述已經驗證過的2U伺服器，能支援巨量多處理器以及異質架構運算伺服器，不僅外形尺寸相容，也支援完整的系統運作監控軟體，提供同於標準氣冷機種的完整效能發揮。

1/4

正視圖

2/4

內視圖

3/4

上視圖

4/4

後視圖

相關技術

資料中心

資料中心是什麼? 資料中心(Data Center)是容納組織中IT設備的設施，包括伺服器、儲存、網路設備 (如交換機、路由器和防火牆)，以及組織和連接設備所需的機架和佈線。該設備需要基礎設施來支援它，如配電系統(包括備用發電機和不間斷的電源)、通風和冷卻系統(如空調或液體冷卻系統)。資料中心的大小從單個房間到大型綜合倉儲皆有。 2005年美國國家標準協會(ANSI)和電信工業協會(TIA)發佈了 ANSI/TIA-942的準則「資料中心電信基礎設施標準」，根據不同級別的可靠性或彈性定義了四種層級的資料中心。例如，第 1 級資料中心只不過是一個小型伺服器機房，而第 4 層資料中心則提供高可靠度和高安全性。了解更多：《How to Build Your Data Center with GIGABYTE? A Free Downloadable Tech Guide》

電力使用效率

電力使用效率是什麼？ PUE（Power Usage Effectiveness，電力使用效率）是計算資料中心節能省電的標準，計算的方式是資料中心的「總用電量」與「供應IT設備的電量」之比。PUE值越低，代表機房空調冷卻時所耗的電力就會更少，理想的 PUE 比率為 1.0：100%，意即資料中心所提供的電完全用於電腦運算。然而事實上，機房內卻有大量的電力被用於散熱（機器高速運轉時會產生大量熱能，若沒有相應的冷卻系統，將導致機器因過熱而停擺）、照明和其他耗電的開銷，也因此傳統機房的 PUE 比率始終大於 1.0。

浸沒式冷卻

浸沒式冷卻是什麼？浸沒式冷卻(immersion cooling)是液冷技術(liquid cooling)中的一種，透過將伺服器直接浸泡在不導電的液體中，將零組件產生的熱能傳導給流體，不需要其他主動式的冷卻零件，譬如散熱鰭片、導熱銅管或風扇等等，溫度上升的液體透過循環冷卻方式再回流繼續吸收熱能，有助於提升資料中心的能源效率。浸沒式液冷分為兩種類型，各自有不同的運作原理：●單相浸沒式液冷運作方式伺服器及其他IT設備浸沒至導熱的介電液體槽中，流體不會改變其形態，始終保持為液態。透過冷卻液分配裝置 (Coolant Distribution Unit; CDU)推動液體槽內的流體循環，進一步將導熱液抽送到水箱外的熱交換器，將熱量傳遞到第二級冷卻迴路，例如建築物冷水循環系統、或外部的空氣。 ●兩相浸沒式液冷運作方式將伺服器浸沒至低黏度、不導電的冷卻液中，透過冷卻液與發熱零件的直接接觸以及液體循環來帶走運算設備的熱能；同時由於液體低溫蒸發的過程將熱從液體池內轉移到池外空間，通過冷凝管等熱交換裝置，使蒸汽再次冷卻凝結流回水槽中，如此週而復始，不斷循環。

Resources

技嘉兩相浸沒式冷卻運算方案