关于液冷技术和支持下一代数据中心及高性能计算（HPC）设施的最佳方法，市场上充满了营销宣传。Chilldyne 进行了一项深入的技术研究，重点是冷板优化和冷却方法，旨在管理诸如 700 瓦 NVIDIA H100 等强大 GPU 的热输出。这项研究是在客户的要求下发起的，目的是帮助开发自然对流油冷散热器。通过数学分析和实验验证，研究确定了冷却效果最佳的散热片间距。
与空气冷却相比，基于水的直接液冷技术的热阻低 700% 以上。在 0.7 lpm（每分钟升流量）下，液冷冷板的热阻为 0.02°C/瓦特，导致两个 700 瓦的 NVIDIA H100 GPU 串联使用时温度上升 14°C。直接芯片液冷技术更适合管理高性能 GPU（如 H100）的热输出，特别是在密集配置中，其他冷却方法不足以应对。
油浸冷却的性能比空气冷却高 43%。实验表明，油浸冷却比传统的空气冷却优越。然而，面对最强大的处理器时，这一优势受到限制。例如，使用相同的矿物油，在两个 700 瓦 NVIDIA H100 GPU 串联情况下，冷板温度会达到 97°C，超过 H100 的安全运行范围。
虽然油浸冷却比空气冷却有所改善，但在管理密集配置和高性能处理器的极端热输出方面仍显不足。
冷却介质：通过Royco 602 PAO航空电子冷却剂浸入，其性质与Compuzol™流体（用于冷却剂计算）相似；单相
热源：模拟Skylake CPU的275瓦加热器（热测试车）
冷却系统：带泵的油浴，以1.5 lpm的速流动，搭配风扇和散热器，典型的台式液体冷却系统
循环：油从浴缸顶部抽取，冷却，然后返回到散热器下方的下部
玻璃容器的热成像显示，大部分油仍然保持凉爽，只有一层薄薄的顶层显示温度升高。
通过实验验证Skylake散热器的理论分析，并使用此经过验证的模型来估计H100 GPU散热器的热性能，特别是在两个GPU串联的配置中。
为空气冷却优化的翅片的间距和厚度与优化油冷却所需的翅片的间距和厚度相似。
更薄的鳍片会产生更多的流动路径，但由于鳍片传导，也会增加热阻。这种权衡对于确定自然对流设置中散热片的最佳厚度和间距至关重要。
自然对流的最佳厚度和间距设定了冷板在空气和油冷却中热阻的上限。
虽然油浸冷却比传统空气冷却有43%的改进，但它不足以满足最苛刻的应用，如密集包装的H100 GPU。
直接到芯片液体冷却是管理下一代处理器极端热负荷的最有效解决方案，使数据中心的功率密度更高。随着计算能力的提高，自然对流冷却（在空气和石油中）的局限性变得更加明显，特别是当我们突破计算能力的界限和增加TDP时。
以上的实验研究以及技术分析展示了液冷技术和油浸冷却在处理高性能计算（HPC）系统的热管理方面的潜力和局限性。研究的主要发现包括：
1. 直接芯片液冷技术的优越性：直接芯片水冷相对于空气冷却，能提供超过700%的热性能提升。通过液冷冷板的使用，尤其是在高功率的 GPU 系统中，如 NVIDIA H100 GPU，水冷可以有效降低温度上升，有助于提高系统的散热性能。
2. 油浸冷却的有效性及局限：虽然油浸冷却比空气冷却性能提升了43%，但在处理如 NVIDIA H100 这种高功率的处理器时，仍然存在极限。例如，研究中指出在多 GPU 串联配置下，油浸冷却可能会导致冷板温度升高到接近 97°C，超过 GPU 的安全操作范围。
3. 自然对流冷却的优化：研究表明，优化的散热片设计对于自然对流冷却（无论是空气还是油）至关重要。散热片的间距和厚度决定了冷板的热阻上限，而这对数据中心的高密度计算系统提出了更高的散热挑战。
4. 冷却系统的发展方向：随着处理器功率和密度的增加，传统空气冷却方法逐渐不能满足需求。直接芯片液冷技术因其更高的热性能成为未来高性能计算环境的主要冷却方案。此外，研究还展示了薄鳍与厚鳍散热器设计的关键权衡，进一步推动冷却系统的设计优化。
总体来看，虽然油浸冷却在某些应用场景下有一定的优势，但面对最前沿的高性能处理器，直接芯片液冷仍然是更为有效的解决方案。
此项研究有助于推动数据中心和 HPC 系统的冷却技术进步，特别是在处理不断增长的计算负载和功率密度的情况下。
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