关于伺服器水冷技术的研究

关于伺服器水冷技术的研究

林水平

关键词：数据中心；伺服器；水冷技术；散热

引言

伺服器通俗点的概念就是服务器，随着伺服器承载数据的信心量越来越多，可以满足的服务命令也越来越全面，对于科技信息技术企业来说，伺服器的散热功能一直是一笔不菲的支出，而散热技术也是各类型科技公司需要改进研发的重大项目之一。前段时间，谷歌公司在记者们进入数据中心进行访问时公布了一张谷歌公司数据中心的高清照片，谷歌公司将这一照片发布之后，公众们就知道了谷歌公司在未来有关于新一代的数据中心肯定与现有的设计有所不同，蕴藏着巨大的发展潜力，预示着谷歌的数据中心已经进行新一代的发展。我国对水冷伺服器的应用比欧美信息技术发达国家要晚一些，但是水冷伺服器对于我国也并不是一个全新的概念。很久以前老式的浸没服务器冷却罩，液体刀片服务器，矿物油冷却服务器的应用证明了我国对于服务器散热功能的不断升级更新也是跟随者国际的脚步，各个科技技术公司对于服务器散热功能的研发也投注了大量的物力财力，本文通过研究服务器的水冷技术历程，进行深层次的探讨，并预测水冷技术的应用范围是否可以扩展到移动设备上有效的运行，为我国热设计行业的发展贡献一份微薄之力[1]。

一、水冷技术的发展历史

早在18世纪中期，水冷技术应用在了大型主机中，随后互补金属氧化物半导体晶体管制造技术横空出世，这一技术的出现不仅能降低主机内部芯片在运行过程中热量的散发，还能利用散发的热能，将散发的热能导入空气制冷装置，使能量得到循环利用。在接下来的几年里，水冷技术大都数都应用在一些具有高性能多功能的大型计算机主机中，尽管计算机的发展历程也十分迅速，但是在笔记本中始终无法将可以进行能量循环使用的空气制冷技术融入到笔记本自身狭小的空间当中，所以笔记本的散热方式都是通过水冷技术进行散热[2]。

IBM公司在1966年时研发出了System/360型91大型计算机，这台计算机主要是为了进行科学应用的数据处理，比如：气候预测、太空探险等科学事件，因这些科技项目需要高强度长时间的进行数据运算，所以为了保证数据的完整性，不会因主机过热而导致计算机崩溃造成数据缺失，IBM公司设计出了这种专门的水冷系统。1980年一种非常复杂的大型机IBM3081型机诞生，这台机器除了自身的功率消耗被设计降低以外，在内部增加了水冷技术，还增加了许多散热片达到了更好的散热效果。IBM公司的技术人员在2006年向人们展示了新型的散热方式——直射式散热，这种新型技术使用了五万多个喷嘴和一个复杂的树状回路结构系统，在一个密闭的空间内水直接对芯片进行喷射，最后将吸收热能的水吸干，这一技术的出现是水冷技术的新突破。IBM公司从未停止过对计算机散热方式的研发，在2010年推出了第一代使用热水散热的计算机Aquasar，这台超级计算机为黎士瑞士联邦技术研究院所使用，水冷技术开辟了新时代。Aquasar的散热系统与其他相同配置的计算机减少了百分之四十的能量消耗，将热水的热量还可以对周围的建筑进行供暖，减少了煤炭等燃烧对大气造成的污染。

笔者通过上述水冷技术的先驱者IBM公司关于水冷技术设计的发展进行叙述，表明了水冷技术如果得以有效推广利用，对于科技信息公司想要解决的难题就可以逐一突破，不仅能够进行能量循环，还能将热量剩余进行合理利用，减少了对环境的危害和污染。

二、伺服器水冷技术的散热方案

笔者通过查阅相关资料，综合其他专业人士的设计理念，将热管技术与水冷技术两种技术进行融合，将两种技术所具备的优点进行整理，设计出水冷式热管散热器。这个散热器本身通过热管管道将计算机CPU主板运行过程中产生的热量传递到了伺服器外部，外部装置的水冷板将水降温冷却。保证了水的导热能力，热管在伺服器端口进行导热，避免了水冷系统出现泄漏的问题，保证了散热系统的安全性。散热器一共由三大部分构成，第一部分是固定板，主要作用是固定热管，避免水流流动时发生偏移；第二个部分是水冷板，循环水可以通过水冷板上方的接头处进入水冷板，与水冷板之间进行对流并交换热量；第三个部分是热管部分，热管部分可以进行蒸发的蒸发段与计算机CPU端相连，冷凝段连接水冷板，两者之间进行热量传递[3]。

三、热管散热器是否可以运行的实验步骤

(1)启动空调和恒温水槽，两个温度分别设置为T1和T2，使室温和水温均达到T1、T2并保持稳定状态。

(2)启动可以监控计算机温度的记录软件，将软件读取的温度记录下来。

(3)启动伺服器并运行Specpower，此软件以负荷的状态运行并进行测试，伺服器CPU以5％、33％、50％、75％、100％的负载率测试，每个状态需要测试20分钟，估计一分钟进行负载状态的切换。

(4)将温度监控软件的数据登记并保存，等待上述第三步骤完成，自动停止测试，伺服器恢复至空负载状态

(5)选择不同的T1、T2温度再进行测试，并重复上述的1-4步骤[4]。

四、结束语

虽然我国计算机技术飞速发展，但是计算机伺服器的散热技术很显然没有跟上计算机技术的发展，目前伺服器的数据中心大多数都是采用风冷的散热方法，随着数据承载量的上升，许多数据中心伺服器已经达到了超负荷运行的状态，为了满足伺服器的散热需求，本文提出了结合热管技术和水冷技术的散热器装置，并详细列出了实验步骤，旨在为伺服器水冷技术的发展提出一个新的方向，希望大型功能性能高的计算也可以配置相匹配的散热技术，在不久的将来，这种技术进行无限微型化，像当初的芯片产生一样，让数据存放在越来越小的载体中。

参考文献：

[1]殷际英．热管式CPU散热器总传热能力的研究[J]．机械设计与制造，2004(4)：12—14．

[2]于晓冰，靳松．基站机房内环境温度提升的研究[J]_电信工程技术与标准化，2008(12)：2—7．

[3]谷立静，周伏秋，孟辉．我国数据中心能耗及能效水平研究[J]_中国能源．2010(11)：42—45．

[4]刘远，金国光．基于有限段方法的高速凸轮机构动力学分析[J]_天津工业大学学报，2007，26(6)：66—69．