液冷数据中心不同类型CDU应用场景及选型分析

随着数据中心从空气冷却过渡到液体冷却以满足不断增长的电力和冷却需求，冷却液分配单元 (CDU) 已成为管理高性能服务器产生的巨大热负荷的必需品，尤其是在 AI 和 HPC 环境中。

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冷却液分配装置 (CDU)

CDU 是闭环液体冷却系统中的专用设备，可精确管理冷却剂的温度和流速，确保最佳冷却效率。通过控制冷却剂流向 IT 设备并将其返回到设施的水中重新冷却，CDU 可以稳定温度并降低过热风险。CDU 在直接液体冷却 (DLC) 中的作用至关重要，因为它可以进行温度调节以防止冷凝，并将 IT 设备与设施水隔离，而设施水可能由于颗粒物、矿物质和潜在化学处理水平较高而更加苛刻，这些化学处理可能会腐蚀或堵塞敏感的 IT 冷却组件。

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CDU技术路线

目前液冷数据中心用CDU主要分为两种技术路线，液-冷CDU，风-液CDU，两种不同技术路线的CDU以适应不同液冷数据中心及下游客户需求。

风-液CDU

• 定义：结合空气与液体冷却的混合系统，通常通过风冷散热器辅助液体回路散热，或直接利用空气冷却部分设备。
• 典型应用：中小型数据中心、气候凉爽地区、预算有限或对噪音不敏感的场景。
  
  

图片来源：Vertiv™ Liebert® XDU 070 风液CDU

液对空 CDU 使用风冷散热器将 IT 设备冷却剂回路中的热量散发到周围空气中，无需使用设施用水。这种类型的 CDU 通常部署在无法使用设施用水的场景中。液对空 CDU关键组件包括：

风冷散热器：将冷却剂的热量散发到周围空气中，在很大程度上决定了 CDU 的冷却能力。

风扇系统：促进散热器上的空气流动，以增强冷却剂的热量传递，设计针对能源效率、降低噪音或性能进行了优化。

泵：使冷却剂在 IT 设备和散热器中循环，确保连续流动并支持特定的压力和体积要求。

温度和流量控制：根据 IT 设备热负荷维持最佳冷却剂温度和流速。

过滤系统：保持冷却剂不含可能阻塞散热器或其他部件的颗粒。

泄漏检测：识别冷却剂回路中的泄漏，保护 IT 设备并维护系统完整性。

控制接口：CDU 的中央命令单元，可从传感器收集数据、调整冷却参数并实现远程监控，以确保在不同的热负荷下实现可靠的性能。

图片：coolit 风液cdu

液-液CDU

• 定义：完全依赖液体介质进行热交换的系统，通常采用两套独立液体回路（如一次侧冷水与二次侧冷却液）通过热交换器传递热量。
• 典型应用：高密度数据中心、高温环境、对散热效率要求苛刻的场景。
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图片：Boyd液液cdu

液对液 CDU是一种将热量从 IT 设备的冷却剂回路传输到设施水回路的 CDU。此设置通常用于有设施水的高密度环境。液对液 CDU关键组件包括：

热交换器：将热量从二次 IT 设备冷却剂回路传输到一次设施水回路，决定 CDU 的冷却能力。

主泵和辅泵：在两个回路中循环冷却剂；辅泵将冷却剂推入 IT 设备，而主泵将设施用水循环通过热交换器。虽然所有 CDU 都配有辅泵，但并非所有 CDU 都配有主泵 这取决于设施。

温度控制系统：将冷却剂保持在所需温度，通过调节冷却剂温度使其保持在露点以上来防止冷凝。

流量控制机制：根据热负荷要求向 IT 设备输送正确数量的冷却剂，并使用可调节阀门和流量计来监测流量。

过滤系统：先进 CDU（例如 SmartSense CDU）中的交叉连接过滤可使冷却剂免受污染，从而提高效率并延长组件寿命。

传感器和泄漏检测：监测温度、压力和流速等参数，并检测泄漏以增强安全性。

控制单元：充当 CDU 的中央处理器，收集数据、管理泵、调节温度并与设施的管理系统交互以进行远程监控和故障排除。

图片：coolit 液液cdu

总结：液对液和液对气 CDU 都具有冷却 IT 设备的基本功能，但它们的应用不同。液对液 CDU 非常适合高密度散热、高温环境、高能效需求，有设施供水的设施，由于其高效的热传递，它们在高密度环境中很常见。另一方面，液对气 CDU 适用中小规模、预算有限、气候凉爽地区，同时没有设施供水的数据中心，它提供了灵活性，但整体冷却能力较低，效率优势也较低。

表1：风液&液液CDU选型因素表

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CDU应用场景及选型分析

CDU 可以直接集成到设施水或设施级冷却系统中，也可以设计为独立的 CDU，提供不同级别的灵活性,目前主要以机柜式CDU和机架式CDU为主。

机柜式CDU

• 定义：直接安装在服务器机架（或机柜）内部或侧面的紧凑型冷却分配单元，通常为单机架或相邻机架内的设备提供冷却。体积较大，独立于机柜或与机柜一体化设计，通常包含完整的热交换器、泵组、过滤器和控制系统。
  
  

• 典型应用：整排机柜提供集中液冷，适用于金融、云计算等大型数据中心，支持多机柜高密度计算（如百kW级液冷机柜）。
  
  
  

图片来源：Boyd机柜式CDU

机架式CDU

• 定义：结合空气与液体冷却的混合系统，通常通过风冷散热器辅助液体回路散热，或直接利用空气冷却部分设备。体积小，高度集成（通常为1U~4U标准机架单元），直接对接机架内IT设备的液冷接口（如冷板、歧管），支持模块化部署，灵活适配不同机架的冷却需求。
  
  

• 典型应用：轻量化、敏捷部署，适合边缘计算和小规模高密度场景，但扩展性受单机架限制。
  
  

图片来源：Boyd机架式CDU

总结：机柜式CDU适配大型高密度场景，扩展强但成本高；机架式CDU适合小规模边缘节点，灵活易维护。选型需权衡散热需求、预算及部署环境，注意管道规划与能效优化。

表2：机柜&机架CDU选型因素表