由于 AI 和高性能計算 （HPC） 的興起，數(shù)據(jù)中心工作負載繼續(xù)激增，反過來，傳統(tǒng)的風(fēng)冷方法正在達到其實際極限。隨著熱負荷的增加和密度要求的擴大，數(shù)據(jù)中心運營商正在尋找新的熱量管理方法。浸入式冷卻已成為一條前景廣闊的發(fā)展道路。

然而，這種轉(zhuǎn)變暴露了該行業(yè)在定義和測試組件可靠性方面的巨大差距。為風(fēng)冷環(huán)境制定的標(biāo)準(zhǔn)從來都不是為了預(yù)測材料在完全浸沒在介電流體中時的行為。鑒于架構(gòu)設(shè)計和性能的新要求，老化模型、故障模式，甚至有關(guān)組件耐用性的基本假設(shè)等關(guān)鍵因素都需要重新思考。

這種演變正在重塑數(shù)據(jù)中心運營商評估組件可靠性的方式。為支持風(fēng)冷系統(tǒng)而制定的標(biāo)準(zhǔn)達到了其目的。但它們必須不斷發(fā)展，以應(yīng)對沉浸式環(huán)境帶來的新挑戰(zhàn)。

雖然空氣冷卻標(biāo)準(zhǔn)長期以來一直指導(dǎo)系統(tǒng)規(guī)劃，但浸入式冷卻引入了一組不同的老化機制和材料挑戰(zhàn)。為了跟上步伐，工程師和開放計算項目 （OCP） 等行業(yè)團體正在合作，根據(jù)真實世界的浸入條件構(gòu)建測試框架。這種轉(zhuǎn)變在風(fēng)冷和浸入式冷卻系統(tǒng)之間帶來了不同的設(shè)計和可靠性挑戰(zhàn)（見圖）。

該圖表列出了風(fēng)冷和浸入式冷卻系統(tǒng)之間的設(shè)計和可靠性差異。

浸入式冷卻如何解決系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)

浸入式冷卻消除了氣流限制，但需要從根本上重新考慮基礎(chǔ)設(shè)施、材料選擇和系統(tǒng)設(shè)計。傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)依賴于風(fēng)扇和散熱器，在管理組件熱設(shè)計功耗 （TDP） 方面面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，這些功耗現(xiàn)在通常超過 300 W，甚至在許多下一代 GPU 和 AI 加速器中超過了關(guān)鍵的 400 W 閾值。超過這一點，氣流通常不足以維持安全的工作溫度。

為了彌合這一差距，許多數(shù)據(jù)中心運營商最初轉(zhuǎn)向冷板冷卻，它通過將液體直接循環(huán)到最熱的組件來改善熱傳遞。然而，雖然這種方法比空氣冷卻更好地解決了更高的芯片密度問題，但冷板解決方案引入了廣泛的歧管、復(fù)雜的機架級熱交換器集成，并增加了機械故障點，包括管道和連接泄漏的風(fēng)險。

隨著計算負載的不斷攀升，完全浸沒（無論是單相還是雙相）正在成為克服空氣和冷板系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和熱限制的下一步。通過將服務(wù)器完全浸沒在介電流體中，浸入式冷卻完全避免了氣流限制。

與傳統(tǒng)的風(fēng)冷部署相比，潛在的節(jié)能通常高達 30%，這取決于幾個因素。這些因素可能包括使用的特定浸入式技術(shù)、基線風(fēng)冷系統(tǒng)的電源使用效率 （PUE）、氣候條件以及 IT 負載的性質(zhì)，從而在最佳條件下提供可能有意義的能源效率提升。盡管如此，實現(xiàn)這些收益需要的不僅僅是改造現(xiàn)有硬件。

浸入式冷卻改造的挑戰(zhàn)

棕地改造通常面臨嚴(yán)重的障礙。許多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心使用高架地板，這些地板的設(shè)計無法支撐浸入式槽的重量和密度。升級這些站點通常需要昂貴的結(jié)構(gòu)加固以及添加浸泡所需的系統(tǒng)，例如熱交換器、流體管路和維護通道。

鑒于這些結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)，大多數(shù)新的沉浸式擴建都部署在專門構(gòu)建的“AI 工廠”環(huán)境中，其中地板支撐、冷卻基礎(chǔ)設(shè)施和空間布局專為沉浸式架構(gòu)而設(shè)計。

在新建項目中，浸入式冷卻可以提高機架密度和更好的熱控制，但前提是基礎(chǔ)設(shè)施是專為浸沒式系統(tǒng)構(gòu)建的。

空氣標(biāo)準(zhǔn)品的局限性

浸入式冷卻具有明顯的熱優(yōu)勢，但也暴露了傳統(tǒng)可靠性框架的局限性。大多數(shù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)都是為了模擬材料在空氣中的老化而構(gòu)建的，在這些條件下，氧化（而不是化學(xué)相互作用）是主要的故障驅(qū)動因素。

在介電流體內(nèi)部，氧化速度會顯著減慢。

取而代之的是熱化學(xué)降解（包括潛在的水解、材料膨脹和逐漸浸出到流體中的添加劑）成為主要風(fēng)險。隨著時間的推移，這些化學(xué)變化會削弱機械性能并損害長期可靠性?；炝鳉怏w老化等測試方法最初設(shè)計用于模擬通過暴露于二氧化硫和二氧化氮等反應(yīng)性氣體而產(chǎn)生的空氣腐蝕，但不再與流體環(huán)境中起作用的真實失效機制保持一致。