英特爾深耕冷卻技術，錨定數據中心可持續(xù)發(fā)展未來

在俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾實驗室內，有24臺裝有基于英特爾至強處理器的服務器，被置于一個充滿合成且非導電油的槽中，并保持開機狀態(tài)。浸沒式液冷是一種比傳統(tǒng)風冷更為有效的處理器散熱方式。英特爾正與行業(yè)伙伴展開合作，為目前和未來的數據中心研發(fā)多樣化解決方案。 

摩爾定律的演進發(fā)展意味著需要在集成電路上增加更多晶體管，并逐步增加內核。如此一來，在提高性能的同時，也需要更多的能源。

在過去十年中，英特爾通過對處理器進行優(yōu)化，已經節(jié)省了約1000 兆瓦時的電力。這些成果的取得也同時得益于包括系統(tǒng)風扇、數據中心室內冷卻設備，以及芯片級冷卻在內的多項冷卻技術，這些技術可以更好地管理處理器產生的熱量，降低能耗并減少碳排放。

然而，這些冷卻功能的實現(xiàn)，本身即需要高達40%的數據中心能源消耗 ¹ 。因此，英特爾希望在未來，能夠以更為節(jié)能的方式完成優(yōu)化、提高性能，而風冷可能不是最佳解決方案。

幸運的是，目前，英特爾正與液冷行業(yè)的生態(tài)伙伴進行合作。從浸沒式液冷箱供應商到液體供應商，再到自己的實驗室，英特爾與行業(yè)伙伴通過使計算組件與導熱液體直接接觸等方式，打造創(chuàng)新的解決方案。其中，一些解決方案目前看來似乎有些天馬行空，例如嵌入珊瑚形散熱器的三維真空蒸發(fā)腔均溫板，或者由AI控制調整的、可將冷液射到芯片熱區(qū)以消除熱量的微型噴氣機等，但所有這些都在英特爾的熱學實驗室中進行和研發(fā)和探索。

數據中心的 “冷卻革命”

根據 2022 年國際能源署的研究，2021 年全球數據中心的用電量為 220 至 320 兆瓦時，或約占全球電力需求的 0.9%至 1.3%。

數據中心和世界頂級超級計算機的能源使用量的增加，使液冷從設想到邊緣技術，如今逐步成為主流。

英特爾十多年來一直支持浸沒式液冷，因為通往可持續(xù)發(fā)展的數據中心和超大規(guī)模超級計算機的道路，亟需一場關于“冷卻”的革命以適應更強大的處理器。

"英特爾：沉浸式液冷的時機已至！"，這是 2022 年 10 月 26 日刊登于《數據中心前沿》的頭條新聞。在同期舉行的開放計算峰會上，英特爾公司副總裁兼數據中心工程和架構部總經理Zane Ball談論了對浸沒式液冷與日俱增的關注，并宣布英特爾將與開放計算項目和液冷供應商進行合作并制定標準，使該技術更易于應用。

"關于液冷的談論已經有很長一段時間了，"Ball表示，"這一直是英特爾計劃去做的事情。我們相信，眼下已經到了需要液冷在數據中心發(fā)揮更大作用的時候了。"

2021 年，英特爾宣布與浸沒式液冷領域的行業(yè)領導者 Submer 合作，共同開發(fā)在數據中心中使用Submer冷卻技術的英特爾^?至強^?可擴展處理器。2022 年 1 月，英特爾宣布與GRC公司（Green Revolution Cooling）達成協(xié)議，在未來的數據中心和邊緣計算中設計、部署定制化的前沿浸沒式液冷技術。同年，英特爾為其至強可擴展處理器提供了業(yè)界首創(chuàng)的浸沒式液冷保修服務。

可持續(xù)發(fā)展推動設計創(chuàng)新

浸沒式液冷是英特爾實現(xiàn)凈零排放承諾的重要組成部分。由IT設備產生的高達99%的熱量，可以經由水或其他形式的液態(tài)冷卻劑釋放。其原理與空調系統(tǒng)類似，熱量不需要通過風扇散發(fā)，而是傳入液體中，然后通過循環(huán)實現(xiàn)散發(fā)。而且，這些熱量甚至可以被收集起來并重新利用。

英特爾數據中心與人工智能事業(yè)部首席產品可持續(xù)發(fā)展官Jen Huffstetler表示：“浸沒式液冷是一項顛覆性的技術。這項技術不僅可以通過減少能源和水的使用，解決數據中心面臨的一些重大挑戰(zhàn)，而且還能幫助客戶在降低TCO的同時，提高整體計算密度。”

顛覆性的解決方案需要創(chuàng)新，但同時也需要市場準備就緒，且兼具可執(zhí)行和可測試性。英特爾將攜手初創(chuàng)公司和學術專家共同圍繞該技術展開深入研究，以期在未來五年內打造出開放式解決方案，助力英特爾和全球數據中心減少能源足跡。

液冷的新材料和新結構

英特爾研究人員正在研發(fā)新的解決方案，以支持和滿足下一代架構的功耗和熱管理需求，其中包括高達2千瓦的設備。

在一眾解決方案中，研究人員正在針對三維真空蒸發(fā)腔均溫板展開研究，即在一種密封且扁平的金屬腔內部充滿液體。研究人員旨在通過使用改進的沸騰增強覆層，在待冷卻器件表面形成盡可能多的氣化核心，增加核態(tài)沸騰的散熱能力。

沸騰是冷卻高功率電子設備和維持均勻溫度分布的最有效方法之一。由先進材料制成的沸騰增強涂層可以在金屬表面形成更多的成核點，從而促進沸騰的發(fā)生，提高熱傳導效率。如今，這些涂層被應用在平坦的表面上，但研究表明，具有內部凹槽狀特征的珊瑚樣散熱器設計具有二相式浸沒式液冷的最高外部傳熱系數潛力。

英特爾計劃通過二次加工技術，將具有超低熱阻的三維真空蒸發(fā)腔均溫板，集成到珊瑚形浸沒式液冷散熱器的設計中。

與此同時，英特爾研究人員也正在探索另一種解決方案，即使用流體噴射的方式冷卻最高功率的設備。與典型散熱器或傳統(tǒng)冷板通過液體覆蓋表面的方式不同，冷卻噴嘴直接將流體引向表面。芯片封裝的頂蓋上直接設計了液體射流通道，該設計可讓冷卻液體直接噴射至待冷卻的高功率芯片，省去了常規(guī)方案中需要使用的熱界面材料，可有效降低散熱通路的熱阻，提高冷卻能力。隨著多芯片模塊變得越來越難以冷卻，該技術可以根據每個結構進行定制，并可以有效地針對熱點，使處理器以較低溫度運行，并實現(xiàn)同功耗下5%-7%的性能提升。

從處理器設計到數據中心系統(tǒng)設計，英特爾始終專注于推進摩爾定律并提高能效。

英特爾超級計算平臺事業(yè)部熱設計師Tejas Shah表示：“為應對未來十年內處理器功耗的指數級增長，推進和創(chuàng)新兼具前瞻性和可擴展性的熱技術尤為重要。英特爾正處于提高和標準化這項技術的前沿領域，而這也對我們未來發(fā)展至關重要?！?/p>

¹"數據中心的可持續(xù)轉型：利用液體浸沒式液冷減少碳足跡"。