微軟開展數據中心液體冷卻實驗

楊蓉

據國外媒體報道，微軟公司在華盛頓州昆西市運營的一個數據中心開展了服務器采用液體冷卻的實驗項目，在裝滿冷卻液體的冷卻槽中浸入了一個運行工作負載的部署幾十臺刀片服務器的機架。這個研究項目的目標與該公司幾年前的水下數據中心Project Natick試驗項目類似，都是希望能夠更好地提高數據中心能效。

微軟公司研發人員將Project Natick的裝機多臺服務器的機架安裝在一個密封水艙中，沉入了蘇格蘭奧克尼群島海岸附近的海底并運行了2年的時間。

與Project Natick項目一樣，浸入低沸點液體中的幾十臺服務器運行真正的生產軟件，這是解決一系列問題的一種初始方法，然后再進行大規模部署以測試其冷卻設計對服務器可靠性的運行影響。

微軟數據中心高級開發小組副總裁Christian Belady在接受采訪時表示，這一階段旨在測試服務器的基本功能和可操作性。浸入式冷卻技術將以何種方式影響服務器性能？數據中心技術人員如何輕松地運營和維護浸入冷卻液中的服務器？這些是他的開發團隊在現階段研究的問題。

這個實驗項目的規模比Project Natick水下數據中心的規模要小得多，但是這個實驗解決的關鍵問題將決定未來大規模計算的發展軌跡。通過將更多、更小巧的晶體管集成在芯片中，芯片制造商希望能夠遵循摩爾定律，每2年將處理器的速度提高一倍而不增加功耗。Belady帶領研究團隊試圖通過在數據中心中運行更多的服務器，來探究是否能夠利用摩爾定律的好處。

他說：“我們希望將研究和觀察數據中心整體足跡是否遵循摩爾定律進行擴展。數據中心基礎設施是否也能遵循摩爾定律？”

對于一直在關注數據中心領域發展的業界人士來說，那么可能會認為這個實驗項目與谷歌公司幾年前部署液冷人工智能硬件相類似。但對于運行要求更苛刻工作負載的功能最強大的計算機，微軟公司并未考慮使用液體冷卻技術，只是將其看作提高數據中心處理負載能力的一種方式，希望其速度的提高遵循摩爾定律。

Belady說：“由于物理特性的限制，我們如今不再奢望通過不斷改進芯片來提升更高的性能?！?p>

微軟公司部署中使用的這項技術是計算機設計人員可以使用的幾種液體冷卻類型之一。在兩相浸入式冷卻系統中，采用可以在低溫下沸騰（冷卻液的沸點比水低90～122華氏度）的工業合成液體進行冷卻，冷卻液在與高溫的處理器接觸時會變成蒸汽將熱量帶走，這些蒸汽上升之后，與容器中的冷凝器接觸時將會轉化成液體，然后滴落下來再重復這一循環。

Belady強調說，微軟公司對于大規模部署的服務器采用液體冷卻技術仍然持懷疑態度。他和該公司首席工程師Husam Alissa和服務器和基礎設施開發管理與工程高級總監Brandon Rubenstein等研發人員在幾年前就開始研究液體冷卻技術，了解和觀察處理器設計的趨勢，希望在芯片的功耗達到空氣冷卻技術處理的極限時，采用可用的替代的冷卻方案。Belady說：“雖然現在還沒有達到極限，但是將會很快出現?！?/p>

他預計，完全采用液體冷卻技術的數據中心將在5～10年內成為主流，這并不只是在超級計算機和比特幣采礦領域中看到的現象。即使5年后所有服務器都可以使用液冷技術，但仍然等待多年的時間才能淘汰空氣冷卻技術。

微軟公司數據中心高級開發團隊的首席硬件工程師Husam Alissa在2019年OCP峰會上展示了使用多種液體冷卻技術的實驗結果，該峰會是Open Compute Project在圣何塞舉行的2019年度超大規模數據中心硬件和基礎設施設計會議。他在演講中介紹了兩相浸沒冷卻和單相浸沒冷卻（碳氫化合物流體在硬件和熱交換器之間循環）和冷卻板（主板上的傳統散熱器由扁平的矩形金屬導熱片代替）等技術的應用。

Belady表示，在浸入式和冷板設計中都發現了很多相似之處，例如都允許運行比空氣冷卻要熱得多的服務器，并且都可以摒棄服務器風扇。浸入式冷卻技術真正新穎的方面是能夠冷卻更多的設備。

Belady說，“我們仍然對這個發展方向持懷疑態度，但在未來將會看到空氣冷卻和液體冷卻技術并存。現在重要的是，服務器設計師已經開始利用液體冷卻技術，在采用液體冷卻技術之后，數據中心PUE值將有可能接近于1。”