浸沒式液體冷卻 助數據中心省電費
【明報專訊】傳統上，數據中心和企業的伺服器等都是靠風冷設備和空調系統散熱。近幾年市場上出現一種「浸沒式液體冷卻方案」，可以直接整部電腦完全浸在不導電的冷卻液，散熱效果更勝風冷技術。納米及先進材料研發院(NAMI)近兩年應企業要求，成功研發出全新的不導電冷卻液，在散熱效果和成本上，比市場現有產品更具優勢。
明報記者 薛偉傑 攝影 賴俊傑
納米及先進材料研發院(NAMI)高級技術經理郭志豪博士、高級工程師李偉聰、工程師龍麒元表示，最初是在2019年，有兩家分別製造伺服器風冷設備和散熱材料的公司提出，問他們能否開發出不導電的液體，直接將伺服器浸沒來冷卻。
約8、9年前，市場上已開始出現這種「浸沒式液體冷卻方案」，暫時不算普及，美國和中國內地有部分數據中心採用，但香港的業者則沒有採用。因為市場上的相關方案通常有兩個缺點，第一，是冷卻液的吸熱能力不夠強；此外，部分冷卻液的沸點偏高，很難利用到它們汽化來吸熱；第二是冷卻液非常貴，每噸售價逾100萬元。
商業化後可比同類產品廉宜一半
他們分析後，覺得浸沒式液體冷卻方案應該甚有需求和前景，尤其是未來人工智能、5G、超級電腦等勢必愈來愈普及，於是在2020年開始研發。經過兩年努力，他們成功研發出兩種全新的含氟冷卻液，其中一種的沸點約70度，使用過程中可以利用到它汽化來加強吸熱(即所謂「兩相」)；另一種的沸點約160度至170度，使用過程中不會汽化(即所謂「單相」)，好處是系統的氣密性要求較低，製造成本略低。
若與現時市場上最出色的同類不導電冷卻液相比，兩者的「比熱容」(即每單位重量升高1度所吸收的熱量)要高出30%至40%。此外，他們研發的低沸點冷卻液的「汽化潛熱」，亦比市場上最出色的同類冷卻液高出約50%。至於售價方面，他們估計，商業化生產後，會比市場現有的同類產品廉宜一半，每噸價格料數十萬元。
郭志豪指出，數據中心行業有一個指數用來比較節能效果，稱為「電力使用效率」(PUE)，是將一間數據中心總用電量除以它IT設備用電量，PUE愈接近1，代表花在IT設備之外的用電量(主要用於冷卻)愈少。
適合大量運算低延時系統
根據業界的數據，採用風冷式方案的數據中心的PUE是約1.3，採用浸沒式液體冷卻方案的數據中心的PUE約是1.05(因為可以節省冷氣費)。由於NAMI的全新冷卻液吸熱能力比市場現有的強，若製成全套系統應用於數據中心，相信可以令PUE低於1.05。
另一方面，浸沒式液體冷卻方案散熱效果好，可以讓企業將處理器的時脈設定得高一點。他們曾用同一部電腦運行一個測試程式來比較，若只使用普通風冷技術散熱，那枚處理器16個核心的時脈只能夠達到約2.8GHz；若改用NAMI的浸沒式液體冷卻方案，16個核心的時脈可以提高至約3.8GHz，比前者高出約35.7%。
郭志豪認為，對於一些需要做大量運算而又要求低延時(如與5G相關)的電腦系統，浸沒式液體冷卻方案更適合。相反，若只用風冷技術散熱，中央處理器和圖像處理器可能來不及散熱，而自動降低頻率。
截至10月，他們研製的原型已經用來冷卻一部個人電腦約1200小時。而且，他們令電腦高速運算，令其溫度比冷卻液的沸點高出約20度，這樣做是為了模擬已經使用了幾千小時的效果。
可為電動車鋰電池降溫
郭志豪認為，除了節能和推高電腦性能之外，浸沒式液體冷卻方案可以應用在電動車的鋰電池上，以避免鋰電池出現過熱失火或爆炸等意外，快速充電站亦可以用這種方案來降溫。若再修改一下，甚至有可能應用於滅火方面。
現時，他們正在申請兩項專利，並進行更多物理兼容性測試，例如，觀察各電子元件的插腳會否因為被冷卻液長期浸沒而出現腐蝕等，預期明年第一季完成；之後會完成吸入、吞食、接觸的毒理測試。至於商業量產，可能在明年底開始，由取得授權的企業負責。
