2024全液冷冷板系统参考设计及验证白皮书-浪潮信息_英特尔_39页_2mb

2024年1月全液冷冷板系统白皮书总结
本白皮书聚焦液冷技术在数据中心领域的应用，分析其技术特点、系统设计及未来发展方向，旨在为行业提供参考。

行业背景与政策
国家“十四五”规划强调数字经济与算力的重要性，数据中心作为算力载体需应对高能耗、高密度的挑战。液冷技术因高效节能、降低PUE（电能利用效率）及减少噪声等优势成为主流方向。当前全球大型数据中心PUE长期维持在1.6左右，环保与能效要求推动液冷技术普及。

液冷技术对比与优化
冷板式液冷与浸没式液冷是两种主流技术。冷板式采用液体在冷板内流道换热，非接触式设计更易兼容不同设备，且对机柜改造小、成本低，但需配套空调系统，PUE可能高于浸没式。浸没式直接浸没散热，换热效率更高，但存在漏液风险及复杂性问题。
针对冷板式液冷优化方向包括：提升液冷覆盖率（扩展内存、硬盘等部件的冷却方案），增强通用性与可维护性（如支持热插拔、降低组装难度），以及探索低密度低成本材料（如铝冷板）以缓解服务器重量与成本压力。

系统架构设计
全液冷冷板服务器采用2U四节点高密架构，集成CPU、内存、硬盘、PCIe/OCP卡等部件液冷方案。系统通过串联流路设计简化管路布局，单节点流量13LPM满足散热需求。IO冷板兼具主板、PCIe卡及OCP卡散热功能，采用铝合金与铜管结合结构。电源液冷方案通过后置风液换热器实现集中式冷却，无需改造电源模块，单台换热器支持8kW能力。

关键部件设计

• CPU冷板：基于英特尔第五代至强平台优化，采用串联主流路设计，减少焊接接口漏液风险，热阻与流阻曲线表明其在51℃（W45）供水温度下性能稳定。
• 内存液冷：创新“枕木散热器”方案，将热管集成于散热器，无复杂管路焊接，兼容75mm以上内存间距，支持30W以上散热需求。
• 硬盘液冷：利用热管与金属板接触，汇集硬盘热量传递至冷板，厚度控制在3mm以内，减少空间占用。
• PCIe/OCP卡液冷：通过定制散热模块与IO冷板接触，实现光模块及主芯片高效散热，支持30次以上热插拔。

性能测试结果

• 单机系统测试显示：铝冷板（纯水）与铜冷板（PG25）散热性能相近，铝冷板CPU温度高约2℃，但仍有安全裕量。
• 整机柜测试（配备集中式风液换热器）HCR值达98.2%，表明封闭环境提升热捕获效率。
• 系统流阻方面，PG25在51℃/13LPM工况下流阻为118kPa，纯水流阻高达996kPa，显示PG25更适配高流量需求。
• 长期测试中，铝冷板重量、翅片厚度及电导率无显著变化，结构稳定性良好，验证其可靠性。

铝冷板方案设计
铝冷板通过槽道设计替代铜冷板的嵌入式铜管结构，实现一体化焊接，减少部件数量。测试表明其在51℃供水温度下可满足95%热量散热目标，且兼容性优于铜冷板。尽管铝材质热阻较高，但通过工艺优化与相容性测试，其应用可行性得到验证。

未来技术展望

1. 技术拓展：进一步推动冷板液冷在内存、硬盘等部件的标准化应用，解决插拔干涉问题，提升系统通用性。
2. 负压液冷：通过负压设计降低漏液风险，冷却工质回流至CDU腔室，需优化系统阻力控制及回水温度管理以防汽化。
3. 相变液冷：利用氟化液等工质的汽化潜热提升换热效率，同时解决漏液安全性问题，但需攻克工质选择、压力调控等技术门槛。

本白皮书通过实际案例（如Frontier与Aurora数据中心）及广泛测试数据，系统阐述了冷板液冷技术的优势、挑战与创新方向，为数据中心绿色化、高密度化发展提供技术路径支持。