NTU新加坡科学家发明喷雾冷却以降低数据中心的碳足迹
新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore)的科学家们发明了一种更可持续、更环保的数据中心服务器冷却方法，可将能源成本和碳足迹降低多达 26%。
目前，新加坡的数据中心占全国总用电量的 7%。随着对云计算的需求不断增加，找到一种可持续的解决方案来减少数据中心的能源消耗和碳足迹至关重要。
在数据中心中，服务器中最热的组件是 CPU(中央处理器)，它需要专用的风冷散热器进行散热。
当服务器垂直堆叠在机架中时，它们会产生大量热量，因此需要吸入冷空气来冷却服务器，然后将热空气排出到周围。这种空气冷却方法是数据中心必须在能源密集型空调系统上运行以降低空气温度的原因。
相比之下，NTU 科学家开发的这种新方法使用特殊的非导电液体喷雾，无需散热器即可直接冷却 CPU，利用蒸发和沸腾等高效散热机制的组合。
然后将气体和多余的液体收集在一个封闭的系统中，在热带环境温度(约 30 摄氏度)下冷凝成液体，然后再循环回系统中以供重复使用。
更重要的是，与空气冷却相比，喷雾冷却有可能带走更多的热量，这将使 CPU 运行得更快，性能也优于当今受空气冷却限制的速度，因为更快的速度会导致更高的温度。
根据机架中服务器消耗的功率(称为机架密度)，传统风冷机架产生的废热估计约为每立方米 7kW[1]。相比之下，喷雾冷却原型已证明能够散发更多的热量，并且能够处理高达每立方米 23kW 的机架密度。
如果在工业上采用喷雾冷却，它可以允许将更高计算能力的服务器装入比当前数据中心更小的空间中。该团队估计，与使用空气冷却系统的传统数据中心相比，它可以节省 30% 的空间，这对于像新加坡这样的土地稀缺国家来说是一个显着优势。
项目负责人，南大机械与航天工程学院黄德能副教授, 说他们新方法的主要好处是它的高能效和有针对性的方法。
“我们设计了特殊的喷雾器，而不是传统地冷却整个数据中心，而是直接针对 CPU，这是数据中心的关键热源的关键部件，”兼任助理主席(教职员工)的黄副教授说。 ) 在学校。
“我们创新的灵感很简单。如果一块木头着火了，我们被教导要将灭火器对准火的底部进行灭火，而不是向火焰或火周围喷洒以冷却它，因为火会继续在源头上燃烧。同样，为什么我们要花费大量的能量来冷却热源周围的空气，而我们应该直接冷却它呢?”
Wong 副教授解释说，他们的目标方法是一种更聪明的方法，尤其是在热带环境中，那里的高湿度和高温会给传统的空气冷却系统带来巨大压力。例如，传统数据中心必须冷却至约 18 摄氏度，这约占其总能耗的 40%。
相比之下，使用喷雾冷却，CPU 可以将其最佳温度保持在 55 摄氏度左右，而不需要能源密集型空调装置。新原型的功率使用效率 (PUE)——数据中心使用的总功率与实际输送到服务器的功率之比——可以低至 1.08。与通常为 1.8 PUE 的传统风冷数据中心相比，这可以显着节省冷却能源。该团队的研究还表明，基于 1 兆瓦的数据中心 IT 负载，与传统的空气冷却系统相比，
他们的喷雾冷却系统每年可减少多达 1550 吨的 CO 2 排放。
这将显着减少碳足迹，因为大多数数据中心每平方米消耗 1000 千瓦时[2]。喷雾冷却数据中心的节能运行还可以节省 26% 的年度能源成本。
它还可以为未来更快、更高效的数据中心铺平道路，因为对云计算的需求每年继续增长约 15%[3]。新加坡最大的高性能定制个人电脑制造商 AFTERSHOCK PC 的发言人表示，“喷雾冷却技术提供了卓越的冷却能力，这无疑有助于释放计算的全部
潜力目前市场上的芯片和显卡通过超频超出其正常运行范围。这直接导致了我们高性能计算机无缝计算和视频渲染性能的未来和潜力。”
该原型系统包括一个封闭的喷雾冷却服务器机架，能够在接近大气压力的情况下运行，一个水泵，每个 CPU 上有多个喷嘴的喷雾，一个收集蒸发液体的收集系统，以及一个节能的室温冷凝器，以再次将气体转换回液体。与传统的空调系统不同，它不需要冷却系统。
它是由一个多学科团队开发的，该团队包括前副教授 Toh Kok Chuan、南大机械与航空航天工程学院助理教授 Ho Jin Yao，以及研究员Ranjith Kandasamy和Liu Pengfei。
该项目得到了新加坡国家研究基金会，在其绿色数据中心计划下。NTU 团队花了三年时间来设计、建造、测试和调试他们的工作原型。
该技术的专利已通过南大的创新和企业公司 NTUitive 申请，其中一项专利已于去年 7 月在美国获得授权(专利号 11,399,449 B2)。可持续发展和创新是南大 2025 年战略计划
的两大支柱，该计划旨在应对气候变化等人类面临的一些最大挑战，并支持新加坡到 2050 年实现长期净零排放的雄心。
加速将研究突破转化为准备好商业化或被行业采用的原型，也是该大学在其新的NTU 创新与创业计划下的目标之一。
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