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出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

上個月，歐洲雲服務巨頭 OVH 數據中心起火，導致大量網站癱瘓，甚至部分客戶數據完全丟失且無法恢復。

彼時，有關數據中心保護的話題一度引起熱議，其中“散熱”更一直是數據中心面臨的一大難題，國內外大廠也各出奇招：阿里利用湖水製冷技術在千島湖設立數據中心；Facebook 將數據中心建在接近北極圈的瑞典，用風扇引入極地冷風；騰訊雲貴安七星數據中心也設立在貴州陰涼的山洞之中......

而此前直接把數據中心放進大海的微軟，更是得到了意外的收穫：水下數據中心的服務器故障率比傳統數據中心更低。

或許是以此爲靈感，微軟最近又開始搗鼓新的散熱方式了：將服務器侵入“液體浴池”。

（圖片來自微軟）

空氣冷卻還不夠

近年來，大部分數據中心都在採用空氣冷卻的方法使其降溫，即利用外部空氣，通過蒸發將溫度降至 35 攝氏度以下。

然而隨着芯片的發展，更多的晶體管封裝到相同尺寸的芯片上，計算機處理器的運行速度幾乎每兩年翻一番，對人工智能等高性能應用的更快計算機處理器的需求也正在加速增長。

因此，爲了滿足性能需求，計算機行業已經轉向可以處理更多電能的芯片架構。例如，中央處理單元（CPU）已從每個芯片 150 瓦增加到 300 瓦以上；圖形處理單元（GPU）已增加到每個芯片 700 瓦以上。

通過處理器輸送的功率越高，芯片的散熱越多，而爲了避免芯片過熱產生故障，冷卻要求也隨之提高。

對此，位於雷德蒙德的微軟數據中心高級開發小組的工程師兼副總裁 Christian Belady 表示：“空氣冷卻還不夠。這就是促使我們採用浸入式冷卻的原因，我們可以在其中直接蒸發掉芯片表面的熱量。”他指出，液體的傳熱效率比空氣高几個數量級。

由此，微軟開始採用液體冷卻方式：將服務器浸泡在液體中。

兩相浸入式冷卻：即“浴缸”

把計算機配件浸入液體中，乍一聽似是天方夜譚，但對早已將數據中心沉入大海的微軟而言不過是家常便飯了。

探索水下數據中心潛力的 Natick 項目使微軟取得了不小的收穫，項目負責人 Ben Cutler 發現：“數據中心在水中的故障率是在陸地上的八分之一。”通過初步分析，出現這種結果的主要原因是處於水下的數據中心沒有溼度和氧氣的腐蝕干擾。

因此，微軟目前選擇直接將服務器的硬件浸泡在液體中，微軟數據中心高級開發團隊的首席硬件工程師 Husam Alissa 解釋道：“我們將海引入了服務器，而不是將數據中心置於海底。”

微軟稱這種散熱方法爲兩相浸入式冷卻，浸泡的液體用的是 3M 公司特別設計的不導電液體。工作原理是：這種液體以氟碳爲基礎，當它直接接觸到服務器組件時，吸收熱量易達到較低的沸點——50 攝氏度，蒸汽遇到冷凝器就自動液化爲液體落回服務器中，從而形成一個閉環冷卻系統，並且由於不需要額外的能量讓液體流動，冷凝器也不需要冷卻器，大幅降低了成本。

（圖片來自微軟）

Belady 在接受 The Verge 的採訪時，將其形象形容爲：“這實際上是一個浴缸。”他比喻道：“架子將躺在浴缸內，你所看到的沸騰現象，就像在鍋子裏沸騰一樣。只不過，你鍋中的沸騰溫度爲 100 攝氏度，而我們是爲 50 攝氏度。”

微軟技術研究員兼公司副總裁 Marcus Fontoura 也對這種方法十分看好。他認爲，向兩相浸入式冷卻轉變可以提高靈活性，從而有效地管理雲資源。例如，管理雲資源的軟件可以將數據中心計算需求中突發的峯值分配給液冷儲罐中的服務器。因爲這些服務器可以在較高的功率下運行（即超頻），而沒有過熱的風險。

緩解水資源短缺

在提到這種方法的靈感啓發時，微軟明確指出是受到了近年來加密貨幣礦場使用這種液體冷卻技術來輔助開採加密貨幣的影響。因而過去幾年微軟試用這種技術以應對未來更高強度的密集型工作負載。

除此之外，液體冷卻技術的採用也與去年微軟表示“將解決水資源短缺的問題”的承諾有關：到 2030 年，其收集的水量要超過其全球運營所使用的水量。目前微軟已經在其辦公室使用雨水收集系統，並收集空調和工廠的冷凝水。

但由於微軟的用水量不斷增加，按計劃達成目標變得愈發具有挑戰性，此時兩相浸入式冷卻的推廣使用會有很大幫助。

相較於普遍利用降低空氣溫度的沼澤冷卻的耗水量，微軟利用液體冷卻的兩相浸入式冷卻技術極大程度地減少了用水量。微軟 Azure 的首席軟件工程師 Ioannis Manousakis 說：“如果採取正確措施，兩相浸入式冷卻將同時滿足我們對成本、可靠性和性能的要求，而與空氣冷卻相比，其能源消耗幾乎是零頭。”

其實，這種沉浸式工藝在行業中已出現了幾年，不過微軟聲稱它是“第一家在生產環境中運行兩相浸入式冷卻的雲提供商。”但不論如何，微軟對數據中心的散熱可謂是十分上心，各種看似怪誕實則可行的方法都一一嘗試，力爭選出最合適的散熱途徑。

或許這次讓服務器浸沒在“浴缸”中的方法未來也會普及？對此你有什麼看法嗎，歡迎評論區留言！

參考鏈接：

https://news.microsoft.com/innovation-stories/datacenter-liquid-cooling/

https://www.theverge.com/2021/4/6/22369609/microsoft-server-cooling-liquid-immersion-cloud-racks-data-centers