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資料中心之沉浸式冷卻技術發展觀測
2023/09/26
資料中心之沉浸式冷卻技術發展觀測
林宣瑩、施柏榮
財團法人資訊工業策進會產業情報研究所
一、 資料中心的浸沒式冷卻技術的發展財團法人資訊工業策進會產業情報研究所
資料中心的能源消耗、節能技術，向來是資料中心硬體製造商、系統整合商的觀測重點所在。掃描產業的發展境況，2018年，技嘉科技（GIGABYTE）與Liquid Stack、3M合作，提出兩相浸沒式冷卻（Two-Phase Liquid Immersion Cooling）運算方案，協助客戶降低資料中心能耗並提高能源使用效率（power usage efficiency，PUE），從而降低營運成本和減少對環境的影響。2019年，單相浸沒式冷卻提供商GRC（Green Revolution Cooling）與TACC（Texas Advanced Computing Center）密切合作，建造客製化伺服器。
2021年4月，全球重要的雲端服務提供商－Microsoft，開始採用緯穎開發的浸沒式冷卻系統，在其Azure資料中心實施浸沒式冷卻技術。
進入到2022年，2022年4月，日本KDDI、三菱重工與NEC提出一套伺服器搭載浸沒式液體冷卻系統，同時搭配針對室外自然冷卻的高效率系統，提升排氣熱處理能力並減少功耗，相較傳統資料中心減少高達94%冷卻電力，PUE值高達1.05，且相較空氣冷卻技術亦能夠降低的噪音。
2022年5月，Intel台灣分公司宣布在台灣推出首款Open Intellectual Property（Open IP）資料中心浸沒式液體冷卻完整方案及參考設計，並與眾多台灣ODM客戶簽署合作協議深化合作，包括營邦、仁寶、英業達、神雲、和碩、雲達、緯創和緯穎等。
2023年5月，工研院攜手廣運、其陽在台北國際電腦展COMPUTEX2023聯合發表「千瓦級HPC雙相浸沒式冷卻技術」，將廣運兩相散熱設計應用於其陽的 SCB-1946 網路伺服器，使整體系統散熱超過2000W、PUE接近1.0。
二、 浸沒式冷卻技術的預期成效
隨著社會發展，數位資訊量爆炸增長，為了因應資訊社會大規模的能源消耗和二氧化碳排放量，冷卻技術的效率成為資料中心提高效率的關鍵問題。而這也再次反映出，無論是雲端服務提供商，以及相對應的資料中心、伺服器等硬體設備製造商，都必須面對到節能、淨零的挑戰。
浸沒式的技術出現，主要原因在於－工程液體的傳熱效率比空氣高出許多，得以輕鬆傳遞熱量，因此，與傳統的空氣冷卻（又稱風冷、氣冷）技術相比，浸沒式液冷技術提升了冷卻效率，使PUE改善，進而大幅減少能源消耗。
除此之外，浸沒式冷卻技術也使冷卻過程中的噪音分貝大幅降低，同時提高運算設備的整體運算性能和可靠性，減少電子零件替換頻率、延長其壽命、降低維護需求，並提高資料中心功率密度， 減少機房佔地面積等。
三、 觀察重點
綜合觀察浸沒式液冷技術的發展，也並非沒有挑戰。除了硬體設備前期建置成本高，需使用3至5年才可陸續回收之外，液體冷卻液的選擇，也是關鍵要素。目前液體冷卻液的價格、成本，成為廠商進入浸沒式方案的一大考量。
其他業者如Intel也持續研發氟化液與客製化油品等，其中，浸沒式液冷對氟化液純淨度、流體沸騰過程控制要求高，晶片和基板之間的焊盤在焊接過程中所產生的殘留物也需清潔乾淨。其次，則是可靠度以及維修問題，面對機台周遭環繞水道，客戶大多會擔心漏水、維修究責等，因此如何減少使用該技術使用疑慮和成本是欲將浸沒式冷卻技術普及化所需考量的因素。
藉此來看，浸沒式液冷技術的發展過程，淨零碳排、節能的趨勢與需求，為相關技術打開了技術之窗，在實際應用與導入層面，目前仍需要更多具體的試驗、優化，預期能夠進一步大量的擴散與落地。
參考資料
ZDNET，2021，Microsoft gets two-phase immersion cooling running in an Azure data center
All About Circuits，2021，Microsoft Brings the Sea to Servers With Two-phase Immersion Cooling
Scientific Computing World，GRC and Nvidia develop immersion-cooled supercomputer
工業技術研究院，2022，工研院攜手臺廠與日本電信商 搶攻資料中心低碳商機！ 更多淨零解方4月15日「打造淨零時代競爭力」論壇暨特展登場
工業技術研究院，用於邊緣資料中心之沉浸式冷卻技術
LiquidStack，The Unmatched Performance of 2-Phase Immersion Cooling
3M，Immersion cooling for data centers
技嘉科技，兩相浸沒式冷卻(Two-Phase Immersion Cooling with LiquidStack)
技嘉科技，Immersion Cooling | 浸沒式冷卻
技嘉科技，技嘉打造兩相浸沒式液冷(Two-Phase Immersion Cooling)機房，樹立資料中心新標竿
台積電，2022，台積公司攜手供應商開發「浸潤式冷卻高效運算電腦機房」，目標節能30%、減廢50%
Tech News，2022，英特爾推浸沒式水冷，技術難度、供應鏈解析
Tech News，2022，英特爾與和碩等 8 台廠簽署合作協議，深化資料中心永續營運
中時新聞網，2022，業界首款 台灣英特爾推 Open IP浸沒式冷卻方案
聯合新聞網，2023，廣運攜手其陽、工研院 首度亮相「雙相浸沒式冷卻系統」
Nvidia，2023，Cool It: Team Tackles the Thermal Challenge Data Centers Face