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数据中心冷却技术的解决方案正处在十字路口。虽然最常见的冷却解决方案是利用空气冷却，但新的技术是利用液体直接冷却到机架和芯片。商业化时间表似乎正在加快。ASHRAE TC9.9技术委员会是电力和冷却趋势及最佳实践的行业权威，编写本技术简介，以加速行业的准备。这篇文章将不仅突出行业因素和影响，而且将阐明目前迫切需要液体冷却技术。
在过去的15-20年中，数据中心冷却技术一直在不断发展。虽然水一直是大多数建筑物的主要载冷剂。但它再次向电子设备越来越靠近。它从房间移到了机柜列。从机柜列到机架和柜门进行热交换。有些已经开始在芯片的服务器内部冷却。从一个较长的时期来看，这个行业在迅速发展。
影响因素
这份简报是一年前写的，以下因素将作为考虑液体冷却的理由进行讨论：
1.对工作负载类型的可用性要求-由对更多数据的无限需求以及对实时数据消耗和分析的需求所驱动。高性能分析和人工智能催生了从纯HPC到更多的中心、边缘和colo数据中心等更多的细分市场。
2.数据中心基础架构的局限性—高热密度解决方案利用空气，占用空间有限的CRAH占地面积。通过将液体直接用于芯片或混合形式，可以显着提高热密度，从而延长数据中心的使用寿命
3.节能—节能的压力以减少数据中心电源的能耗。水冷解决方案可将PUE从大于1.6降低至小于1.1
4.减少投资—减少新数据中心建设的资本成本
5.废热再利用—主要是由欧洲推动的一项举措，将热量重新排入市政网络。
今天，有几个关键的附加要点需要讨论，它们都与芯片性能有关：
1.专门的SKU-响应实时数据分析的需求，芯片制造商以更高频率的SKU做出响应，既提高了热设计能力，又降低了芯片结温要求。这些（偏离路线图）的许多SKU不能进行风冷。随着多核部件的增加，提高性能的唯一选择就是提高功率。预计很快会从非路线图SKU转变为非路线图SKU。还期望整个道路SKU堆栈向上爬，这与下一点有关。
2.竞争格局-NVidia，IBM Power，ARM，AMD和Intel都在争夺性能优势。 （不再有一家芯片制造商在这个领域占据主导地位，试图阻止向非风冷解决方案的过渡）。
由芯片功率密度驱动的液体冷却
观察芯片密度的发展历史可能有助于解释空气冷却的挑战，并不可避免地要过渡到液体冷却。
每个点代表一个计算产品，或更明确地说，代表来自各种芯片供应商的每个产品中的芯片密度，单位为W / cm2。以实心菱形代表的产品是早期的晶体管技术，称为双极。在90年代初期，该行业过渡到另一种晶体管技术，即以方形表示的CMOS（互补金属氧化物半导体）。曾经被风冷过的双极型设备在80年代后期完全过渡到水冷。CMOS极大地降低了芯片功耗，从而使该行业过渡到了空气冷却。
快速发展了十年左右，IT供应商再次严肃地谈论液体冷却，其热通量接近14w / cm2。所有这些讨论都随着2005年左右多核设计的推出而平息了。一旦芯片中的主要热源（核心）被分开并散布开来，同一瓦数的芯片就变得更容易冷却。通过拆分内核而不会显着增加整体芯片功率即可实现性能提升。现在，由于空间不足，芯片无法增大，无法继续增加核心数量。只有通过提高芯片功率，采用强制液体冷却的芯片来实现性能提升。
由应用性能要求驱动的液体冷却
对于诸如机器学习和人工智能之类的新工作负载，对专用处理器（例如图形处理单元（GPU））的需求推动了显着的功率密度以达到所需的性能水平。作为示例，表1提供了有关最近几代IT设备和支持AI框架的服务器要求的示例。显然，为了获得新一代性能优势，服务器设计已经超出了空气的冷却能力。为了支持高密度服务器配置，例如（2）CPU和（6）GPU 2U服务器，需要水冷。在此示例中，设计出满足性能要求的风冷服务器将导致服务器在空间，电源和散热方面都非常低效。
总结
数据中心行业拒绝了的水，将再次成为主流的观念。Bi-Polar进入CMOS的历史以及多核技术的发展已经产生了一种错误的安全感，即技术的进步会阻碍液体的回归。作为电子冷却领域的专家和行业权威，液体的回归迫在眉睫。回到未来。与IT制造商和设备供应商合作，尽快制定用水冷你计划。TC9.9将在今年晚些时候发布更全面的白皮书以进一步讨论该主题，要想达到这种发展速度，就必须提前进行讨论沟通。
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