如何挑選適當的伺服器冷卻方案？ 技嘉科技《科技指南》系列文章

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空氣是基本的傳熱媒介，因此，在透過空氣來散熱的系統中，首要工作是改善通風──無論是龐大的資料中心，或是單一伺服器，皆是如此。

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資料中心內，空氣流通路線經過精心設計，確保達到最佳散熱效果。首先，冷空氣透過地板的通風口流入機房的「冷通道」；然後，冷空氣吹過伺服器機架，將熱能排放到機房的「熱通道」。天花板的通風口將熱空氣吸進，交給機房空調系統(Computer Room Air Conditioning, CRAC)來做冷卻，再流回機房，重新循環。

伺服器內的通風也很重要，冷空氣須流過重要零組件，以達成散熱。技嘉提供創新的程式與硬體設計，不但能保持通風，還能避免懸浮的污染物入侵，讓您輕鬆確保伺服器正常運作。

 ● 硬體面：「友善通風」的創新設計

技嘉的氣冷式伺服器皆採用獨家設計，首先，透過模擬軟體預測和評估機殼內的氣流方向，然後再根據蒐集的資料，仔細微調機殼架構，優化冷卻效益。機殼內安裝強力風扇和高效能散熱片，增加零組件和冷空氣的接觸面積，並且在散熱片上安裝特殊的導風罩，以加強通風。零組件皆使用耐熱材質製做，熱能不會傳導到機台其他部位。因此，即使工作負載高，伺服器也能從容應付。

● 程式面：智慧型溫控程式

除了絕佳的硬體設計，伺服器的標準配備還包括智慧型溫控程式。機殼內裝有感應器，可隨時監控中央處理器、圖形處理器、記憶體和硬碟的溫度。如果基板管理控制器(BMC)偵測到異常的高溫，將自動調整風扇速度，以確保散熱。特殊機型中，風扇設定亦可經由手動調整或創立，以符合客戶的特殊需求，在溫控和能源效率間達到平衡。

液冷式方案，又稱水冷式、直接液冷(Direct Liquid Cooling; DLC)、直達晶片(Direct-to-Chip; D2C)液冷，等等。所使用的方法，就是用裝滿冷卻液的密封管線（或稱封閉式冷卻迴路）來降溫。零組件透過「冷板」將熱能傳導到冷卻液，然後，冷卻液透過熱交換器散熱，流回伺服器內繼續使用。

液冷式方案有許多優點，不只是散熱效果更佳，而且不用安裝氣冷式伺服器所使用的散熱零組件，如散熱片與風扇。多餘空間可安裝更多處理器，也因此，許多高密度伺服器和高效能運算(HPC)伺服器皆採用液冷式方案。其中，又可分為「液對氣」方案和「液對液」方案等兩種選擇。

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 ●「液對氣」方案

這種混合方案，適用於想嘗試使用液冷式伺服器，但希望能沿用機房空調設備，還不打算更改現有架構的資料中心。液冷式伺服器裝置在標準的機架上，傳輸冷卻液的管線連接同機架上的熱交換器，熱交換器將熱能排放到「熱通道」，此循環跟氣冷式伺服器一模一樣。「液對氣」方案的好處是，氣冷式伺服器和液冷式伺服器能共存於相同的設施內。而儘管熱交換器佔用部分的機架空間，液冷式伺服內可容納更多處理器，因此，整體的運算能力還是大幅提升。

● 「液對液」方案

相較於「液對氣」方案，「液對液」方案的散熱功力更強，但使用範圍有限，因為，此系統僅限於原先就有安裝液體冷卻管路的資料中心內。這套方案中，機架上的熱交換器不是把熱能排放到機房的「熱通道」，而是傳送到機房的液體冷卻管線內；如此一來，降溫效果遠超過一般的機房空調系統，處理器密度可以再提升，運算能力也變得更強大。

技嘉與液冷技術知名廠商CoolIT Systems合作，提供機房安裝高密度運算架構之液冷架構解決方案，具備隨插即用的便利性，可搭配「液對氣」或「液對液」冷卻系統使用，幫助客戶更有效率管理持續增加熱負荷的資料中心硬體環境。標準化模組設計整合伺服器機櫃與運算主機的整體液冷方案，提高機櫃主機密度、組件性能和電源效率。直接液冷運用常溫進水，並採密閉式設計，透過被動式水冷循環板和分歧管將所有熱量帶出機櫃，利用冷卻液分配裝置(CDU)促進循環，在機架中僅需一個機櫃電源排插(PDU)空間，材質則是選用高級不銹鋼金屬的快速斷開／連接接頭，使維護人員可快速維修任一節點。值得一提的是，CDU可作為智慧環境溫度控制系統，用於管理系統中所有伺服器的入水溫度和入水流量。

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液冷式伺服器穩定性高、運算能力強大，又可裝置在狹小的空間內，因此，深受許多不同產業的青睞。例如，腹地有限的邊緣資料中心，可多加利用高密度的液冷式伺服器。透過自動交易程式來做高頻交易(high-frequency trading; HFT)的金融業，也可使用快速、可靠的液冷式伺服器。《詞彙學習：什麼是邊緣運算？》

還有一個新興市場愛用液冷式伺服器，那就是所謂的「綠色運算」。舉例來說，德國航空太空中心(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR)是研究航太、能源與運輸的國家級研究中心，也是技嘉的客戶。航太中心的團隊（包括優秀的火箭科學家）想打造綠色資料中心，用來進行太空探索等多項研究計畫。團隊特別提出要求，伺服器要能在環境溫度高達40°C、無空調降溫的機房內正常運作。

技嘉推薦使用液冷式的H261-Z60高密度伺服器，此產品搭配優化電源裝置，電力需求比同業產品足足少了15%。由於液冷式伺服器可容納更多處理器，運算能力較市面上其他產品多了兩倍，同時減少50%的使用空間。液冷式方案讓德國航太中心在有限的空間內，成功創造運算能力強大的綠色資料中心。

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浸沒式（或稱浸入式、沉浸式）冷卻方案，可說是用液體降溫的最高境界。此方案將伺服器直接浸泡在不導電的液體中，零組件產生的熱能直接傳給液體。至於液體如何排放熱能，可經由兩種不同方式：直接透過熱交換器排熱（所謂的單相浸沒式液冷解決方案），或透過氣體蒸發與凝結的自然循環來做散熱（所謂的兩相浸沒式液冷解決方案）。

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單相浸沒式液冷透過散熱片將熱能傳導到冷卻液，液體流到外部的熱交換器，也就是冷卻液分配裝置CDU，將熱能排放到空氣或液體冷卻管路。之所以稱作「單相」(single-phase)，因為冷卻液不進行相變，從頭到尾都保持液態，沒有蒸發或凝結的狀況。

技嘉科技提供單相浸沒式液冷的全系列產品，包括自製的EIA或OCP規格伺服器水槽，以及掛鉤、機架與冷卻液等周邊配套。技嘉的浸沒式液冷伺服器產品，可用於Asperitas、GRC、Submer三家廠商的解決方案，成功案例包括日本電信巨擘KDDI，結合技嘉伺服器與單相浸沒式液冷技術，開創友善環境、便於移動的「貨櫃型浸沒式液冷小型資料中心」。

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技嘉推出的兩相浸沒式冷卻系統，將伺服器放置在部分填滿絕緣冷卻液的水槽中，冷卻液不導電、不腐蝕，而且沸騰溫度非常低，因此零組件散發的熱能使其自然蒸發，把熱能排放到水槽內的空氣中；蒸汽向上飄浮，經過水槽頂端的熱交換器進行冷卻，凝結變回液態，自然向下流回水槽內，繼續用來幫伺服器降溫。

兩相浸沒式冷卻方案有許多優勢。一方面，液體蒸發和凝結的自然循環不耗電，可改善機房的電力使用效率(Power Usage Effectiveness; PUE)。根據統計，用兩相浸沒式液冷取代氣冷，節省電力高達90%。此外，這套系統不需使用幫浦或噴水器等移動式零組件，因此維修需求和設備故障率都降低，提高機台穩定性、減少營運成本，不僅有助於公司的營收獲利，也減少對於環境的負擔。成功案例包括全球半導體龍頭企業，選用技嘉兩相浸沒式液冷解決方案樹立「節能HPC資料中心」，將機房總耗能降低30%，PUE改善至1.08以下，達成節能與效能同步升級之雙贏目標。

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無論挑選單相或兩相浸沒式方案，技嘉皆提供最優化的硬體選擇，模組化設計使氣冷式伺服器也能導入浸沒式液冷，額外配置的支架讓機台能垂直插入或拔出水槽，易於管理維修。技嘉開發的獨立式水槽設計便於維護，內部安裝偵測水溫的感應器，冗餘CDU則確保機台穩定運作。 

了解伺服器的三種散熱方法之後，我們回到最根本的問題：如何才能挑選適合您的伺服器冷卻方案？

事實上，每位客人的需求都不一樣。我們歡迎您聯絡技嘉的業務窗口，提出您的特殊需求。我們將由專人為您提供諮詢服務，打造適合您的解決方案。

不過，有三個簡單的問題，可協助您更清楚自己的需求。這些問題能幫您找到較為適用的方案，也有助於您擬定關於資料中心和機房冷卻系統的長期規劃。

冷卻方案的散熱能力是用「千瓦」所計算，整體而言，若使用標準的伺服器機架來做比較，使用氣冷式方案大約能處理伺服器耗用20千瓦電力所排出的熱能；使用液冷式方案大約能處理伺服器耗用60千瓦電力所排出的熱能；使用浸沒式冷卻方案大約能處理伺服器耗用200千瓦電力所排出的熱能。

言下之意就是，您將會耗用多少電力，決定您適合採用什麼冷卻方案。您應該要事先了解，您的伺服器大概會用哪類型的處理器、大約耗費多少電力？整體而言，用來進行高效能運算和平行運算的處理器，都會消耗很多電力、排放很多熱能，如果您有這方面的需求，那您購買液冷式或浸沒式冷卻方案就比較划算。《詞彙學習：常聽別人說平行運算，你知道那是什麼嗎？》

除此之外，您必須考慮您有多少空間可裝置伺服器。氣冷式方案需要良好的通風，所以，伺服器間要有很大的空隙。這種硬體上的限制不利於發展邊緣運算，也因此，液冷式方案和浸沒式冷卻方案逐漸被廣泛使用。

前面提到，採用液冷式或浸沒式方案可大幅提升電力使用效率。但是，還要考慮水分使用效率(Water-Use Efficiency; WUE)。用液體來幫伺服器散熱，就必須保持良好的WUE和高可靠性的水源，才能確保資料中心的正常運作。

「液對液」的液冷式方案、以及浸沒式冷卻方案，都必須搭配資料中心既有的液體冷卻管路和散熱系統才能使用。也就是說，剛開始建立資料中心的時候，就要為這套方案做好準備，這是採用新類型冷卻方案最大的門檻。

如果您想在用空調散熱的機房內裝置液冷式伺服器，那有一種折衷辦法，就是採用「液對氣」的液冷式方案。然而，值得注意的是，液冷式和浸沒式冷卻方案逐漸普及，而先進的資料中心很講究可擴充性；也就是說，資料中心應配合使用者與日俱進的資訊需求一起成長，同時也要採用最先進的科技發明。設有液體冷卻管路的資料中心，可使用更進階的冷卻技術，也可將運算能力更強的伺服器，集中在更小的空間內。擁有這些特性的資料中心，比較好迎接勢在必行的大數據時代。《詞彙學習：什麼是可擴充性？》

無論您決定採用氣冷式、液冷式或浸沒式的產品，技嘉科技能提供您所需要的方案，我們邀請您透過marketing@gigacomputing.com電子信箱聯絡技嘉的業務窗口，挑選最適當您的需求的伺服器冷卻方案。

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