突破性变革！AI超级计算机用有机硅冷却液隆重登场！

来源：陶氏、3M、中国新闻网、慕尼黑上海电子生产设备展、胶我选等，由有机硅整理编辑

上线不到一周日活用户破百万，2个月破亿……今年2月初，AI聊天机器人ChatGPT火爆全球，一时间成为现象级消费类AI应用。ChatGPT的火爆开启了全球人工智能新一轮增长，推高了行业对算力的需求。据微软数据披露，从GPT到GPT-3，参数量有1.17亿到1750亿，增长近1500倍。

图源微软官方

由此可见，信息处理提速的市场需求正日益激增。然而，信息处理的速度越快，其功耗越大，所产生的热量也就越多。采用浸没式冷却技术，即将计算机元器件浸入至冷却液中进行冷却，不仅可以提高冷却效率，而且更高效、更安全、更具可持续性。
正如《流浪地球2》中那台吸引眼球的泡在“水”里的AI超级计算机550W，这样炫酷又不失严谨的“黑科技”极大提升了电影的质感。而它的技术原型，就是当前产业界颇为关注的一种新型“热管理”方案——浸没式液冷。
常见的液体冷却方式包括冷板式､喷淋式和浸没式三种。其中，浸没式液冷传热效率最高且能避免局部热点，是目前最有可能解决高性能计算环境中散热系统所面临各种问题的技术手段。浸没式液冷冷却液常用有氟碳化合物和碳氢化合物(例如矿物油､合成油､天然油)。根据冷却液在换热过程中是否相变，浸没冷却又可分为单相浸没冷却和相变浸没冷却。

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浸没式相变液冷

相变浸没冷却(图源：3M)

在两相浸没式液冷中，通过电子氟化液的沸腾及冷凝过程，指数级地提高液体的传热效率。电子部件直接浸没在容器中的电介质液体中，该容器密封但易于操作。在该容器内，热量从电子部件传递到液体中，并引起液体沸腾产生蒸汽。蒸汽在容器内的热交换器（冷凝器）上冷凝，将热量传递给在数据中心中循环流动的设施冷却水。 两相液冷由于冷却液发生了相变，所以传热效率很高，不利的是相变过程中，冷却液蒸发为气态过程中会发生逃逸，所以对容器的密封性有一定的要求；但是完全密封则有可能引起冷却系统中断、出现事故，所以需要一定的安全设施做保障。其整体成本较高。同时，氟化液在加工和使用过程中会产生废液和废气，这些废物会对环境造成污染，如果不正确地处理废液和废气，它们可能会进入水源和大气中，污染土地和水资源，影响生态环境和人类健康。去年年底，3M公司表示将在2025年底之前采取13亿至23亿美元非现金费用，退出公司生产含氟聚合物、氟化液和基于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的添加剂产品的业务。根据美国疾控中心的说法，许多PFAS产品使人担忧，因该物质不会在环境中分解，可在土壤中渗透并污染饮用水源，同时还会在鱼类和野生动物体内积累（生物累积）。

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浸没式单相液冷

单相浸没冷却(图源：3M)

在单相浸没式液冷中，介电冷却液保持液体状态。电子部件直接浸没在液体中，液体置于密封但易于触及的容器中，热量从电子部件传递到液体中。通常使用循环泵将经过加热的冷却液流到热交换器，在热交换器中冷却并循环回到容器中。冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变。低温冷却液带走热量后，温度升高，升高的冷却液流动到其它区域后重新冷却完成循环。单相液冷要求冷却液的沸点较高，这样冷却液挥发流失控制相对简单，与IT设备的元器件兼容性比较好，不需要频繁补充冷却液，还可以更轻松地卸载或更换服务器组件，提高了系统的可维护性，但相对于相变液冷其散热效率要低一些。同时，由于烯烃类的“单相”合成油是一种有机溶剂，会“溶解”掉一些同为烯烃体系的聚合物，例如溶解电路板的印刷字等，如果考虑到诸如线缆之类的橡塑材料也同样可能被溶解的话，那使用这种冷却液的问题可就“大”了。而对于这个问题，现在也终于有了解决方案。在4月13日开幕的慕尼黑上海电子生产设备展上，我们看到了陶氏公司研发的可用于超大规模云计算和企业级数据中心的突破性有机硅冷却产品——陶熙™ ICL-1000浸没冷却液。

作为陶氏公司研发的一款提升云计算基础设施可持续性的创新产品，陶熙™ ICL-1000浸没冷却液凭借出色的导热性和超低的全球变暖潜能值(GWP)荣膺2022年“R&D 100大奖”，并成功入围路透社“2022年全球商业责任大奖”以及安迅思“2022年ICIS创新奖”。

材料之间之所以会有“兼容性”问题，无非就是“相似相容”原理在发挥作用。既然如此，陶氏开发陶熙™ ICL-1000的思路也就很清晰了——将其它体系的材料和有机硅“嫁接”起来，创造出一种与现有材料体系都不一样的“全新”冷却液！

经过为期一年的测试，各种数据都验证了陶熙™ ICL-1000优良的兼容性：比如他们曾将一款2200μF电容分别浸泡在了“单相”合成油和陶熙™ ICL-1000之中，结果发现“单相”合成油中的电容重量出现了一波非常明显的起落，与之相对的就是浸泡在陶熙™ ICL-1000中的电容重量的曲线一直保持着稳定的走势。

（陶氏内部测试数据）

这是因为这款电容的密封用的是EPDM橡胶，这种橡胶在遇到合成油后会吸收并“溶胀”，电容自然也就随之变重；但随着时间的流逝EPDM橡胶开始“溶解”流失，所以电容的重量就又出现了回落。反观陶熙™ ICL-1000，因为它不会与EPDM橡胶发生任何反应，所以电容的重量自然也就没有什么太大的波动。此类实验随后有覆盖到了计算机中经常出现的多种材料，最后得出结论——陶熙™ ICL-1000冷却液对绝大多数高分子聚合物都有很好的“兼容性”。

（陶氏测试数据）

对比起来，陶熙™ ICL-1000“单相”浸没冷却液在几乎各个重要指标上都取得了相对不错的平衡。

陶熙™ ICL-1000浸没冷却液

综合优势：具有出色的导热性，可实现更为高效且更具经济性的散热，其超低的全球变暖潜能值(GWP) 不会破坏臭氧层。陶熙™ ICL-1000浸没冷却液在环保、性能和运营成本方面都具有明显优势。技术优势：高导热率、高比热、低比重、粘度相对较低，所以该产品能够解决高功率密度散热和热管理问题；此外，能够节省泵功率，降低PUE（电能利用效率）。可持续性：陶熙™ ICL-1000浸没冷却液专为服务器等数据中心设备所打造，其能效明显优于传统的空气冷却系统，有助于提升服务器的综合算力，并减少数据中心基础设施的占地空间和能耗。此外，该冷却液还可实现轻松回收，从而提高可持续性。

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