長期以來，如何低成本地給數(shù)據(jù)中心“降溫”一直是個讓人頭疼的問題。想要讓這些不停發(fā)熱的家伙“冷靜”下來并不容易，而微軟公司最近卻想出了一個“妙招”——在蘇格蘭的奧尼克海域成功完成了數(shù)據(jù)中心的水下部署，用“沉?！钡姆绞浇o它“退燒”。

　　隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的迭代，數(shù)據(jù)中心逐漸向大規(guī)模、高密度方向發(fā)展。作為一種新型基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心已成為支撐城市建設(shè)和經(jīng)濟運行的中樞系統(tǒng)。

　　所謂數(shù)據(jù)中心是指一類用于集中放置和管理各種IT設(shè)備及其配套設(shè)施的特殊建筑，利用相關(guān)設(shè)備可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模存儲和運算等功能。通俗來講，數(shù)據(jù)中心就是一個大型機房。其中的IT設(shè)備在運行過程中就像一個個“火球”，不斷產(chǎn)生熱量。“如果這些設(shè)備溫度過高，芯片就不能穩(wěn)定工作，CPU之類的器件無法正常運行，主板也可能會被燒壞?！背啥贾兴{信息技術(shù)公司總經(jīng)理代強在接受科技日報記者采訪時說。因此，需要冷卻系統(tǒng)不斷吸收和消化掉“火球”產(chǎn)生的熱量。

　　為了維持機房適宜的溫度，避免上千臺服務(wù)器因過熱而宕機，科技公司往往要支付巨額的冷卻費用。

　　那么，除了“沉?！?，人類還用了哪些方式給“火球”降溫呢？

　　方式1 空調(diào)冷卻

　　耗能巨大且效率低，易導(dǎo)致冷卻不均

　　目前，數(shù)據(jù)中心機房的空調(diào)系統(tǒng)多采用恒溫恒濕的空調(diào)設(shè)備。就像家里裝的空調(diào)一樣，在電力驅(qū)動下空調(diào)的壓縮機做功輸送冷風，再通過冷熱通道送回風的方式給機房降溫，同時保持室內(nèi)濕度的穩(wěn)定。

　　空調(diào)產(chǎn)生的冷風從架空的地板下吹出，進入封閉的通道，機柜前端的設(shè)備吸入冷空氣。這些冷空氣與發(fā)熱器件接觸吸熱后會變成熱空氣，而后氣體再從機柜后端排至熱通道。最終，熱通道的氣體還會返回到空調(diào)回風口。

　　“這種冷卻方式耗能巨大而且效率很低，需要先冷卻空氣，再通過冷空氣對發(fā)熱電子元件進行冷卻，不能很好地控制電子元件的溫度。同時，電子元件表面積小，與空氣的接觸面積就小，加之器件表面與空氣之間的對流換熱系數(shù)低，需要通過配置體積較大的散熱器來增加散熱表面積，以滿足電子元件正常工作時的散熱要求。”中國科學院工程熱物理研究所研究員胡學功告訴科技日報記者。

　　同時，空調(diào)冷卻的方式也可能由于冷氣流分配不均而增加能耗。數(shù)據(jù)中心機房中的機柜是一層一層的，假設(shè)冷風剛從最底層吹進來時，溫度是20攝氏度，但到了中間層時溫度就可能升至25攝氏度甚至更高，這樣就會導(dǎo)致同一機柜的不同層級冷卻不均。為使最上層的溫度也能達到設(shè)備正常運行所需的溫度要求，往往需要加大送風量，這就會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的能耗激增。

　　方式2 自然冷卻

　　可節(jié)約成本，但對空氣質(zhì)量要求高

　　為了降低冷卻系統(tǒng)的能耗，節(jié)約運營成本，越來越多的公司選擇將數(shù)據(jù)中心建在人煙稀少的高寒地區(qū)，希望利用自然環(huán)境中的冷空氣來降低冷卻成本。這種利用自然界的低溫冷源進行冷卻的方式被稱為自然冷卻。微軟公司將數(shù)據(jù)中心沉入海底的做法就是利用自然冷源來降溫的一種方式。

　　“這種冷卻方法可能導(dǎo)致室內(nèi)污染物濃度增加以及濕度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。如果空氣中的灰塵較多，也可能會污染電子設(shè)備。因此這種方式對空氣質(zhì)量的要求較高，需要安裝專門的空氣凈化和除濕系統(tǒng)。現(xiàn)實中，應(yīng)用這種冷卻方法的數(shù)據(jù)中心也不太多?！焙鷮W功說。

　　方式3 液體冷卻

　　用冷水帶走熱量，相變換熱方式更有效

　　對于一些高功率的數(shù)據(jù)中心來說，一般的空氣冷卻方式已不能滿足其降溫要求，因而不少數(shù)據(jù)中心采用強制液冷技術(shù)進行散熱。“強制液冷技術(shù)是通過泵和管路將液體工質(zhì)輸送到機柜或機柜內(nèi)部發(fā)熱部件進行熱交換的冷卻技術(shù)，依靠液態(tài)工質(zhì)的循環(huán)或相變帶走熱量，能減少換熱設(shè)備的換熱面積并降低輸配系統(tǒng)的能耗。”胡學功說。

　　所謂工質(zhì)是指各種熱機中借以完成能量轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，比如蒸汽輪機中的蒸汽、內(nèi)燃機中的燃氣。液體冷卻技術(shù)根據(jù)循環(huán)工質(zhì)在換熱過程中是否發(fā)生相變，可分為單相冷卻技術(shù)和相變冷卻技術(shù)兩類。

　　“現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心用單相液體冷卻的比較多，所用工質(zhì)主要是水，通過水泵來為整個循環(huán)系統(tǒng)提供動力。水在流經(jīng)CPU等發(fā)熱器件時，會將熱量帶走。同時，由于水的強制對流換熱系數(shù)比較高，換熱能力較強。相比氣體冷卻，單相液體冷卻的效率要高很多?！焙鷮W功說。

　　在冷卻高性能計算機上有很好應(yīng)用前景的微槽群冷卻技術(shù)是一種高強度的相變冷卻技術(shù)。這種技術(shù)的單位面積換熱能力更強，比較適合冷卻單位面積熱負荷較高的發(fā)熱器件?！霸谶M行熱交換時，液體工質(zhì)會在具有微尺度結(jié)構(gòu)的固體壁面上形成薄液膜，遇熱后會蒸發(fā)變?yōu)闅怏w。這是一種利用相變強化換熱機理進行冷卻的方式，其帶走的熱量遠高于未發(fā)生相變的方式帶走的熱量?！焙鷮W功說。

　　例如，相同質(zhì)量的水經(jīng)過某一發(fā)熱器件時，水溫會從20攝氏度升至50攝氏度，這時它帶走的熱量很有限。但是當其發(fā)生相變，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時，就可以利用水的汽化潛熱帶走更多熱量?！皬膯挝毁|(zhì)量所能帶走的熱量角度來看，相變換熱方式所能帶走的熱量是非常大的，這種冷卻方式的冷卻效率也就更高。