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数ブラウズ：15 著者：サイトエディタ 公開された： 2025-04-30 起源：パワード
デジタルの世界はデータセンターで実行され、データへの依存が指数関数的に成長するにつれて、これらの重要な施設によって消費され、熱が生成される消費電力も増加します。人工知能（AI）の台頭、高性能コンピューティング（HPC）、およびますます密度の高いサーバーハードウェアにより、従来の空冷方法がブレークポイントにプッシュされました。サーバーラック内の熱密度は高騰しており、運用上の安定性、ハードウェアの寿命、環境の持続可能性のための効率的な熱管理が最重要になっています。
浸漬冷却 を入力して、, 空気を越えて液体を直接熱生成コンポーネントと接触させる変換的アプローチを入力します。特殊な誘電体（非導電性）流体にハードウェアを浸すことにより、浸漬冷却は非常に優れた熱伝達能力を提供します。ただし、 'Immersion Cooling 'はモノリシックではありません。主に、2つの異なる技術が含まれます 単相浸漬冷却（1-PIC） と 2フェーズ浸漬冷却（2-PIC）の。これら2つのアプローチ間の基本的な違い、利点、およびトレードオフを理解することは、次世代のデータセンターの冷却に関する情報に基づいた決定を下すために重要です。この記事では、その選択をガイドするための包括的な比較を提供します。
単相浸漬冷却システムでは、IT機器（サーバー、GPU、ASIC）は、誘電体クーラントで満たされたタンクに垂直または水平に沈みます。コンポーネントによって生成される熱は、主に対流を介して周囲の流体に直接転送されます。重要なことに、クーラントはこの一次冷却プロセス全体で 液体状態にとどまります 。したがって、「単相。」
吸収された熱を除去するために、温められた誘電流体は、浸漬タンクからポンプによって積極的に循環します。それは、熱交換器（多くの場合液体から液体）を含む、通常はクーラント分布ユニット（CDU）である外部熱除去ユニットに流れます。ここでは、熱は誘電体クーラントからセカンダリループ（通常は施設の水）に伝達されます。次に、現在冷却されている誘電流体を浸漬タンクに戻し、冷却サイクルを継続します。
流体： 通常、比較的高い沸点、低ボラティリティ（蒸発損失の低下）、良好な熱安定性、および多くの場合2フェーズ液と比較して低コストを特徴とする炭化水素ベースのエンジニアリング液（ミネラルオイルや合成油など）を利用します。
ハードウェア： タンク（オープンバスまたはシールユニットとして設計できる）、誘電液の粘度と流量を処理できる堅牢なポンプ、および施設の熱拒絶システムとのインターフェースに外部CDUまたは熱交換器が必要です。
2相浸漬冷却には、誘電体流体にハードウェアを浸すことも含まれますが、重要な違いがあります。流体は、非常に低い沸点（多くの場合、動作圧力で50〜60°Cまたは120-140°F）を持つように特別に設計されています。
成分が熱くなると、周囲の液体が表面で直接沸騰します。この液体間相変化は、非常に効率的かつほぼ一定の温度で、大量のエネルギー（気化の潜熱）を吸収します。生成された蒸気は密度が低く、自然にタンクの上部に上昇します。そこで、タンクの蓋または上部セクションに統合されたコンデンサー（通常、施設の水または別の二次ループで冷却されたコイル）に遭遇します。蒸気は潜在熱を凝縮器に放出し、液体に戻り、重力を介してメインの液体バスに戻って滴下します。この内部沸騰/凝縮サイクルは、主要な冷却メカニズムを提供し、を循環するポンプが大部分を排除します。 タンク自体内の 主要な誘電液
液体： 主に蛍光液（主に蛍光体（歴史的にPFC）を採用しています（今では、より一般的にHFE、FK、または3M™novec™/fluorinert™またはchemours™opteon™などの新しい独自の低GWP製剤）。これらは、沸点が低く、潜熱値が高く、優れた誘電率がありますが、通常、1-PIC液よりもはるかに高価で揮発性です。環境への影響（GWP）と潜在的な調節精査（PFA）は、特定の液体タイプについて重要な考慮事項です。
ハードウェア： 蒸気圧を管理し、高価で揮発性のある液体の損失を最小限に抑えるために、通常密閉または半密封された慎重に設計されたタンクが必要です。統合コンデンサーは重要なコンポーネントです。タンク内での一次液ポンプはしばしば排除されますが、コンデンサーを冷却する外部ループにはポンプが必要です。
これらのテクノロジー間のニュアンスを理解するには、いくつかの重要な領域で直接的な比較が必要です。
1-PIC： 対流による効率は、流体特性（熱伝導率、比熱、粘度）とポンプによって生成される流量に依存します。効果的ですが、熱吸収の時点では沸騰よりも効率が低くなります。 賢明な熱伝達 に依存しています。
2-PIC：主に 核沸騰 を介し た潜熱伝達 に依存しています。このメカニズムは、本質的に熱伝達係数が高いため、成分表面から直接効率的な熱除去が可能になります。
1-PIC： 特定の実装と使用される液体に応じて、最大100 kWまたは最大100 kWまたは200 kWに近づくことが多い、高いラック密度を処理できます。
2-PIC： 一般に、熱伝達の優れた効率により、ラックあたり200〜250 kWを超え、潜在的にはるかに高いことが多い、より高い最大出力密度を処理できると考えられています。これにより、最も極端な計算集約型アプリケーションにとって魅力的です。
1-PIC： 良好な温度制御を実現できますが、システム全体のコンポーネントを超えて流れて温度勾配が流れるため、液体の温度上昇が本質的に上昇します。
2-PIC： 沸騰プロセスは、ほぼ一定の飽和温度（圧力に依存）で発生します。これにより、通常、浸漬された成分の表面全体に優れた温度均一性が得られ、熱応力が低下し、ホットスポットがより効果的に緩和されます。
1-PIC： より高い沸点オイル/合成を使用します。一般に、コストが低く、ボラティリティがはるかに低く（蒸発損失が最小限）、より単純な取り扱い、そして多くの場合、環境への懸念が少なくなります（特定の液体に応じて）。
2-PIC： 低沸点蛍光化学物質を使用します。大幅に高いコスト、高ボラティリティ（費用のかかる損失を防ぐために密閉されたシステムが必要）、一部の流体の潜在的に高いGWP（新しいオプションが改善されています）、およびPFAS化学物質に関する規制上の考慮事項。優れた誘電特性は必須です。
1-PIC： よりシンプルな概念 - 堅牢なプライマリループポンプと外部CDUが必要です。タンクの設計はそれほど複雑ではありません（オープンバスは一般的で、アクセスを簡素化します）。
2-PIC： プライマリループポンプを排除しますが、効率的な統合コンデンサーとシール/セミシールされたタンクが必要であり、タンク設計自体に複雑さと潜在的なコストを追加します。それでもコンデンサーを冷却するために外部ループが必要です。
1-PICと2-PICの両方が、従来の空冷よりも劇的なPUEの改善を提供し、多くの場合、理想に非常に近い数字を達成しています（1.0）。
2ピックは、一次ポンピングエネルギーと非常に効率的な熱伝達の除去により、わずかなエッジ（たとえば、潜在的に1.01-1.02という潜在的なPUE）を主張することがよくあります。
1-PIC PUEも優れており（例えば、1.02-1.03以上）、主要な冷却エネルギーのオーバーヘッドは、一次循環ポンプと外部熱除去システム（両方に共通）から来ています。実際のPUEは、施設の冷却との特定の設計、規模、統合に大きく依存しています。
1-PIC： 多くの場合、サービスが簡単であると認識されます。オープンバスの設計により、ハードウェアに直接アクセスできます（流動的な滴下ニーズの管理）。液体は揮発性が低く、一般的に扱いやすいです。
2-PIC： メンテナンスはより複雑になる可能性があります。蒸気の損失を最小限に抑えるために、密閉されたタンクを慎重に開く必要がある場合があります。揮発性の液体の取り扱いには、特定の手順が必要です。一部の情報源は、コンポーネントスワップには流体の排出が必要ないため、より単純なメンテナンスを主張していますが、蒸気管理は依然として重要な考慮事項です。
長所：
よりシンプルなシステムメカニクスと潜在的に低いハードウェアの複雑さ。
作業流体の低コストとはるかに低いボラティリティ。
より簡単な流体の取り扱いと潜在的に簡単なハードウェアへのアクセス（開いたバス）。
成熟した広く展開されたテクノロジー。
短所：
2-PICと比較して、最大熱密度が低くなります。
一次液ポンプには大きなエネルギーが必要です。
沸騰と比較して、固有の温度の均一性が少ない。
長所：
極端な発熱効率と極端な電力密度の能力。
等温沸騰による優れた温度の均一性。
一次液ポンプエネルギーを排除します（ただし、コンデンサーループは依然として冷却する必要があります）。
潜在的に達成可能なPUEが最も低くなります。
短所：
より高いシステムの複雑さ（密閉されたタンク、コンデンサー、蒸気管理）。
大幅に高い流体コストと高揮発性（シーリング、損失のリスクが必要です）。
いくつかのフッ素化液（GWP、PFA）に関連する環境/規制の懸念。
潜在的により複雑なメンテナンス手順。
1-PICと2-PICの選択は必ずしもクリアカットではなく、特定の要件に大きく依存します。
1-PICは 、多くの場合、シンプルさ、初期コストの削減、操作の容易さが優先度が高いため、空冷（最大100〜200 kW/ラックの範囲）よりも大幅な密度の改善が必要です。これは、多くのHPC、AI、およびエンタープライズデータセンターにとって堅牢で実績のあるソリューションです。
2-PICは 、通常、最先端のスーパーコンピューター、極端なAI/MLトレーニングクラスター、または最大の熱性能と可能な最低のPUEが最重要であり、より高い複雑さ/コストを正当化できる特殊な高フラックス電子機器など、電力密度の絶対境界（> 200 kW/ラック）を押すアプリケーションで考慮されます。
予算の制約、運用の専門知識、流体管理の複雑さに対する寛容、地域の環境規制、長期TCOの目標などの要因はすべて、決定において重要な役割を果たします。
浸漬冷却液の開発が進行中です。 2-PICの場合、重要な研究では、GWPの低下、材料の互換性の向上、コストの低下を備えた新しい流体の作成に焦点を当て、優れた熱および誘電特性を保持しています。 PFAS化学物質を取り巻く規制は、将来の液体の選択に影響を与える可能性があります。 1-PICの場合、進歩は液体特性を最適化して熱伝導率を向上させ、粘度を低くします。また、両方のテクノロジーの利点を組み合わせようとするハイブリッドアプローチが出現することもあります。
単相浸漬冷却と2相浸漬冷却は、データセンターの熱管理の画期的な進歩を表しており、従来の空冷と比較して効率、密度、持続可能性の大幅な改善を提供します。 1-PICは、より少ない揮発性液を使用した高密度液体冷却へのよりシンプルで、より費用対効果の高いパスを提供します。 2-PICは熱伝達性能の頂点を提供し、極端な電力密度を可能にしますが、液体コスト、ボラティリティ、環境への影響に関する複雑さと考慮事項が高まります。
最適な選択は普遍的ではありません。現在および将来の電力密度のニーズ、資本および運用予算、技術的専門知識、リスク許容度、持続可能性の目標を徹底的に評価する必要があります。慎重な評価と多くの場合、冷却の専門家との協議は、施設の特定の目標と最適な浸漬冷却戦略を選択するために不可欠です。
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高度な液体冷却システム の広範なバックグラウンドは、 単一相であろうと2相であろうと、効果的な浸漬冷却を展開するために重要なコア原則の強力な基盤を提供します。これには、以下の専門知識が含まれます。
高効率の 熱交換器、CDU（1-PIC用）およびコンデンサー（2-PIC用）の重要なコンポーネントの設計。
複雑な熱アセンブリ内の 流体のダイナミクスと熱伝達 を最適化します。
詳細な 熱シミュレーション（CFD）を実施して 、システムのパフォーマンスを予測および検証します。
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私たちのコアフォーカスは、熱パイプモジュール、蒸気チャンバー、カスタムコールドプレートなどのコンポーネントとシステムレベルのソリューションにありますが、熱伝達物理学、材料科学、および品質製造プロセスの理解（ISO9001、ISO14001、IATF 16949の認定）により、液体冷却戦略の開発と実装に効果的に貢献することができます。私たちは、新しいエネルギー、ICT、パワーエレクトロニクス、およびデータセンター業界のイノベーターと提携して、信頼できる最適化された熱パフォーマンスを提供しています。
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