实习记者 陆成宽
长期以来，如何低成本地给数据中心“降温”一直是个让人头疼的问题。想要让这些不停发热的家伙“冷静”下来并不容易，而微软公司最近却想出了一个“妙招”——在苏格兰的奥尼克海域成功完成了数据中心的水下部署，用“沉海”的方式给它“退烧”。
随着大数据、云计算等信息技术的迭代，数据中心逐渐向大规模、高密度方向发展。作为一种新型基础设施，数据中心已成为支撑城市建设和经济运行的中枢系统。
所谓数据中心是指一类用于集中放置和管理各种IT设备及其配套设施的特殊建筑，利用相关设备可实现数据的大规模存储和运算等功能。通俗来讲，数据中心就是一个大型机房。其中的IT设备在运行过程中就像一个个“火球”，不断产生热量。“如果这些设备温度过高，芯片就不能稳定工作，CPU之类的器件无法正常运行，主板也可能会被烧坏。”成都中蓝信息技术公司总经理代强在接受科技日报记者采访时说。因此，需要冷却系统不断吸收和消化掉“火球”产生的热量。
为了维持机房适宜的温度，避免上千台服务器因过热而宕机，科技公司往往要支付巨额的冷却费用。
那么，除了“沉海”，人类还用了哪些方式给“火球”降温呢？
方式1 空调冷却
耗能巨大且效率低，易导致冷却不均
目前，数据中心机房的空调系统多采用恒温恒湿的空调设备。就像家里装的空调一样，在电力驱动下空调的压缩机做功输送冷风，再通过冷热通道送回风的方式给机房降温，同时保持室内湿度的稳定。
空调产生的冷风从架空的地板下吹出，进入封闭的通道，机柜前端的设备吸入冷空气。这些冷空气与发热器件接触吸热后会变成热空气，而后气体再从机柜后端排至热通道。最终，热通道的气体还会返回到空调回风口。
“这种冷却方式耗能巨大而且效率很低，需要先冷却空气，再通过冷空气对发热电子元件进行冷却，不能很好地控制电子元件的温度。同时，电子元件表面积小，与空气的接触面积就小，加之器件表面与空气之间的对流换热系数低，需要通过配置体积较大的散热器来增加散热表面积，以满足电子元件正常工作时的散热要求。”中国科学院工程热物理研究所研究员胡学功告诉科技日报记者。
同时，空调冷却的方式也可能由于冷气流分配不均而增加能耗。数据中心机房中的机柜是一层一层的，假设冷风刚从最底层吹进来时，温度是20摄氏度，但到了中间层时温度就可能升至25摄氏度甚至更高，这样就会导致同一机柜的不同层级冷却不均。为使最上层的温度也能达到设备正常运行所需的温度要求，往往需要加大送风量，这就会导致空调系统的能耗激增。
方式2 自然冷却
可节约成本，但对空气质量要求高
为了降低冷却系统的能耗，节约运营成本，越来越多的公司选择将数据中心建在人烟稀少的高寒地区，希望利用自然环境中的冷空气来降低冷却成本。这种利用自然界的低温冷源进行冷却的方式被称为自然冷却。微软公司将数据中心沉入海底的做法就是利用自然冷源来降温的一种方式。
“这种冷却方法可能导致室内污染物浓度增加以及湿度发生变化，从而导致设备出现故障。如果空气中的灰尘较多，也可能会污染电子设备。因此这种方式对空气质量的要求较高，需要安装专门的空气净化和除湿系统。现实中，应用这种冷却方法的数据中心也不太多。”胡学功说。
方式3 液体冷却
用冷水带走热量，相变换热方式更有效
对于一些高功率的数据中心来说，一般的空气冷却方式已不能满足其降温要求，因而不少数据中心采用強制液冷技术进行散热。“强制液冷技术是通过泵和管路将液体工质输送到机柜或机柜内部发热部件进行热交换的冷却技术，依靠液态工质的循环或相变带走热量，能减少换热设备的换热面积并降低输配系统的能耗。”胡学功说。
所谓工质是指各种热机中借以完成能量转化的媒介物质，比如蒸汽轮机中的蒸汽、内燃机中的燃气。液体冷却技术根据循环工质在换热过程中是否发生相变，可分为单相冷却技术和相变冷却技术两类。
“现在的数据中心用单相液体冷却的比较多，所用工质主要是水，通过水泵来为整个循环系统提供动力。水在流经CPU等发热器件时，会将热量带走。同时，由于水的强制对流换热系数比较高，换热能力较强。相比气体冷却，单相液体冷却的效率要高很多。”胡学功说。
在冷却高性能计算机上有很好应用前景的微槽群冷却技术是一种高强度的相变冷却技术。这种技术的单位面积换热能力更强，比较适合冷却单位面积热负荷较高的发热器件。“在进行热交换时，液体工质会在具有微尺度结构的固体壁面上形成薄液膜，遇热后会蒸发变为气体。这是一种利用相变强化换热机理进行冷却的方式，其带走的热量远高于未发生相变的方式带走的热量。”胡学功说。
例如，相同质量的水经过某一发热器件时，水温会从20摄氏度升至50摄氏度，这时它带走的热量很有限。但是当其发生相变，从液态变为气态时，就可以利用水的汽化潜热带走更多热量。“从单位质量所能带走的热量角度来看，相变换热方式所能带走的热量是非常大的，这种冷却方式的冷却效率也就更高。”胡学功说。