英特尔深耕冷却技术，锚定数据中心可持续发展未来

2023-04-25 12:45:38来源：中关村在线

在俄勒冈州希尔斯伯勒的英特尔实验室内，有24台装有基于英特尔至强处理器的服务器，被置于一个充满合成且非导电油的槽中，并保持开机状态。浸没式液冷是一种比传统风冷更为有效的处理器散热方式。英特尔正与行业伙伴展开合作，为目前和未来的数据中心研发多样化解决方案。

摩尔定律的演进发展意味着需要在集成电路上增加更多晶体管，并逐步增加内核。如此一来，在提高性能的同时，也需要更多的能源。

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在过去十年中，英特尔通过对处理器进行优化，已经节省了约1000兆瓦时的电力。这些成果的取得也同时得益于包括系统风扇、数据中心室内冷却设备，以及芯片级冷却在内的多项冷却技术，这些技术可以更好地管理处理器产生的热量，降低能耗并减少碳排放。

然而，这些冷却功能的实现，本身即需要高达40%的数据中心能源消耗。因此，英特尔希望在未来，能够以更为节能的方式完成优化、提高性能，而风冷可能不是最佳解决方案。

幸运的是，目前，英特尔正与液冷行业的生态伙伴进行合作。从浸没式液冷箱供应商到液体供应商，再到自己的实验室，英特尔与行业伙伴通过使计算组件与导热液体直接接触等方式，打造创新的解决方案。其中，一些解决方案目前看来似乎有些天马行空，例如嵌入珊瑚形散热器的三维真空蒸发腔均温板，或者由AI控制调整的、可将冷液射到芯片热区以消除热量的微型喷气机等，但所有这些都在英特尔的热学实验室中进行和研发和探索。

数据中心的“冷却革命”

根据2022年国际能源署的研究，2021年全球数据中心的用电量为220至320兆瓦时，或约占全球电力需求的0.9%至1.3%。

数据中心和世界顶级超级计算机的能源使用量的增加，使液冷从设想到边缘技术，如今逐步成为主流。

英特尔十多年来一直支持浸没式液冷，因为通往可持续发展的数据中心和超大规模超级计算机的道路，亟需一场关于“冷却”的革命以适应更强大的处理器。

"英特尔：沉浸式液冷的时机已至！"，这是2022年10月26日刊登于《数据中心前沿》的头条新闻。在同期举行的开放计算峰会上，英特尔公司副总裁兼数据中心工程和架构部总经理ZaneBall谈论了对浸没式液冷与日俱增的关注，并宣布英特尔将与开放计算项目和液冷供应商进行合作并制定标准，使该技术更易于应用。

"关于液冷的谈论已经有很长一段时间了，"Ball表示，"这一直是英特尔计划去做的事情。我们相信，眼下已经到了需要液冷在数据中心发挥更大作用的时候了。"

2021年，英特尔宣布与浸没式液冷领域的行业领导者Submer合作，共同开发在数据中心中使用Submer冷却技术的英特尔至强可扩展处理器。2022年1月，英特尔宣布与GRC公司（Green Revolution Cooling）达成协议，在未来的数据中心和边缘计算中设计、部署定制化的前沿浸没式液冷技术。同年，英特尔为其至强可扩展处理器提供了业界首创的浸没式液冷保修服务。

可持续发展推动设计创新

浸没式液冷是英特尔实现净零排放承诺的重要组成部分。由IT设备产生的高达99%的热量，可以经由水或其他形式的液态冷却剂释放。其原理与空调系统类似，热量不需要通过风扇散发，而是传入液体中，然后通过循环实现散发。而且，这些热量甚至可以被收集起来并重新利用。

英特尔数据中心与人工智能事业部首席产品可持续发展官Jen Huffstetler表示：“浸没式液冷是一项颠覆性的技术。这项技术不仅可以通过减少能源和水的使用，解决数据中心面临的一些重大挑战，而且还能帮助客户在降低TCO的同时，提高整体计算密度。”

颠覆性的解决方案需要创新，但同时也需要市场准备就绪，且兼具可执行和可测试性。英特尔将携手初创公司和学术专家共同围绕该技术展开深入研究，以期在未来五年内打造出开放式解决方案，助力英特尔和全球数据中心减少能源足迹。

液冷的新材料和新结构

英特尔研究人员正在研发新的解决方案，以支持和满足下一代架构的功耗和热管理需求，其中包括高达2千瓦的设备。

在一众解决方案中，研究人员正在针对三维真空蒸发腔均温板展开研究，即在一种密封且扁平的金属腔内部充满液体。研究人员旨在通过使用改进的沸腾增强覆层，在待冷却器件表面形成尽可能多的气化核心，增加核态沸腾的散热能力。

沸腾是冷却高功率电子设备和维持均匀温度分布的最有效方法之一。由先进材料制成的沸腾增强涂层可以在金属表面形成更多的成核点，从而促进沸腾的发生，提高热传导效率。如今，这些涂层被应用在平坦的表面上，但研究表明，具有内部凹槽状特征的珊瑚样散热器设计具有二相式浸没式液冷的最高外部传热系数潜力。

英特尔计划通过二次加工技术，将具有超低热阻的三维真空蒸发腔均温板，集成到珊瑚形浸没式液冷散热器的设计中。

与此同时，英特尔研究人员也正在探索另一种解决方案，即使用流体喷射的方式冷却最高功率的设备。与典型散热器或传统冷板通过液体覆盖表面的方式不同，冷却喷嘴直接将流体引向表面。芯片封装的顶盖上直接设计了液体射流通道，该设计可让冷却液体直接喷射至待冷却的高功率芯片，省去了常规方案中需要使用的热界面材料，可有效降低散热通路的热阻，提高冷却能力。随着多芯片模块变得越来越难以冷却，该技术可以根据每个结构进行定制，并可以有效地针对热点，使处理器以较低温度运行，并实现同功耗下5%-7%的性能提升。

从处理器设计到数据中心系统设计，英特尔始终专注于推进摩尔定律并提高能效。

英特尔超级计算平台事业部热设计师TejasShah表示：“为应对未来十年内处理器功耗的指数级增长，推进和创新兼具前瞻性和可扩展性的热技术尤为重要。英特尔正处于提高和标准化这项技术的前沿领域，而这也对我们未来发展至关重要。”

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