伺服器冷卻液PG25之綜述
隨著5G與AI時代的來臨，數據中心和伺服器的性能需求不斷提升，傳統的氣冷散熱方式逐漸顯得不足，例如知名品牌運算強大的伺服器，熱設計功率高達2700瓦特，已超過氣冷散熱極限750瓦特。據研究使用氣冷技術的數據中心約有38%的電力消耗在電子元件的降溫，使用液冷作為散熱策略，具有較高的散熱效率，減少電力使用量，無風扇噪音，並可增加伺服器系統空間使用率與壽命。
PG25是封閉式冷卻技術中常見的冷卻液，是由25%的丙二醇與水組成，並添加少量的腐蝕抑製劑、pH 緩衝劑和分散劑等，使PG25在銅、鋁等金屬材質的散熱系統中穩定運作。
標準的PG25應具有以下性質：
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項目 |
性質 |
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溶液外觀 |
清澈且無顆粒 |
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丙二醇 |
24.5 ~ 29.5 vol% |
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pH |
8.0 ~ 10.5 |
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凝固點 |
-13 ~ -9℃ |
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銅 |
<2 ppm |
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鐵 |
<2 ppm |
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總硬度 |
<20 ppm |
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氯化物 |
<5 ppm |
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硫化物 |
<10 ppm |
冷卻技術與冷卻液
伺服器冷卻技術分為封閉式與浸沒式，分別使用的冷卻液如下：
- 封閉式冷卻技術：由於乙二醇具備一定的毒性，在水中與土壤須歷經數星期才可降解，長時間在高溫下容易氧化，形成酸性物質造成腐蝕。丙二醇具有較低毒性，較不易氧化，因此在封閉式冷卻技術中使用丙二醇/水 (PG25)做為冷卻液。
- 浸沒式冷卻技術：將伺服器直接浸泡在不導電的冷卻液中，直接將熱量傳導。商業上常用優異的熱傳導性與穩定性的氟化液，但為PFAS造成環境影響。使用合成油/矽油對環境影響較小，但熱傳導性較氟化液低，且黏度較高。
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冷卻技術 |
冷卻液 |
優點 |
缺點 |
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封閉式 |
乙二醇 (EG) |
成本較PG低 |
毒性較高、較易氧化 |
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丙二醇 (PG) |
毒性較低、環境影響小 |
成本較EG高 |
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浸沒式 |
氟化液 |
熱傳導性價、穩定性佳 |
PFAS物質、昂貴 |
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合成油/矽油 |
環境影響小 |
黏度大 |
挑戰與對策
液冷系統具有高散熱效率，但面臨高成本、洩漏風險和維護複雜性等挑戰。以下為常見的挑戰與解決方案：
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挑戰 |
影響 |
對策 |
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腐蝕 |
管路破裂 |
1. 添加腐蝕抑制劑 2. 溶液pH值為弱鹼，中和酸性物質避免與金屬腐蝕 3. 控制銅、鐵、氯化物、硫化物含量 |
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微生物滋長 |
冷卻性能降低/失效 顆粒汙染物生成 管路堵塞 管路磨損與腐蝕 |
1. 保持系統管路乾淨、定期更換冷卻液 2. 控制有機物含量 3. 保持冷卻液在系統中流動 4. 系統設計過濾裝置 |
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沉積物形成 |
1. 控管水質硬度 2. 溶液pH值為弱鹼，避免沉積物形成 (eg.碳酸鈣) 3. 定期更換冷卻液 4. 系統設計過濾裝置 |
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冷卻液變質 |
冷卻性能降低/失效 |
1. 監控懸浮固體、pH值、導電度、濁度、菌落數等 2. 定期更換冷卻液 |
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冷卻液洩漏 |
電子元件短路/損壞 |
1. 將冷卻液染色，若洩漏可清楚觀察 2. 定期檢查系統密封性與管路狀況 |
冷卻液中的顆粒與微生物污染物，對液冷伺服器的運行有著多方面的負面影響，若未妥善控管，恐造成管路阻塞，甚至有爆裂的風險。透過採取預防和控制措施，如定期過濾和更換、維護系統潔淨以及培訓和管理等，可有效地減少顆粒污染物的影響，確保液冷伺服器的高效運行和長期穩定性。
下表為冷卻液維持性能的建議規格，或可依據COA上實際規格，監測冷卻液初始與使用的狀態：
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項目 |
規格 |
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總懸浮固體 (TSS) |
應不存在；初始冷卻液：<1 ppm；管路運作時：<5 ppm |
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總溶解固體 (TDS) |
<1000 ppm |
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導電度 |
<1500 μS/cm @25℃ |
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腐蝕副產物/離子 |
Cu： <0.2 ppm；Fe：<0.1 ppm |
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pH |
8.0 ~ 10.5 |
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總水質硬度 |
<30 ppm, Total Ca/Mg as CaCO3 |
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濁度 |
<5 NTU |
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微生物控制 |
初始冷卻液：<1 CFU/mL；管路運作時：<100 CFU/mL |
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氯化物 |
<50 ppm for 304 不銹鋼；<500 ppm for 316 不銹鋼 |
Source：Guidelines for Using Water-Based Transfer Fluids in Single-Phase Cold Plate-Based Liquid-Cooled Racks, 2022, Open Compute Project
SGS提供冷卻液品質檢測服務
通過專業的檢測技術，識別冷卻液中的污染物、腐蝕性物質和其他潛在問題，從而預防設備故障和延長設備壽命。此外，定期的品質檢測有助於提升運行效率，降低維護成本，並保障伺服器系統的穩定運行。
服務內容：
- 潔淨度測試：根據ISO 16232/VDA19，追蹤與分析顆粒汙染物的問題
- 微量金屬含量分析：檢測銅、鐵等金屬微量汙染源含量
- 微量陰陽離子含量分析：檢測氯化物、硫化物、硫酸鹽、硝酸鹽…等腐蝕汙染源
- pH：評估冷卻液是否隨時間變化而產生酸性物質
- 總生菌數分析：追蹤冷卻液微生物滋長問題
- 總水質硬度：控管冷卻液品質，避免沉積物形成導致管路阻塞
- 其他物性量測：黏度、濁度、水質檢測 (導電度、總溶解固體、總懸浮固體)
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