4月26日早上，我来到2017云栖大会·南京峰会的主会场门外，想先去阿里云“飞天·麒麟”浸没式液冷服务器的展台看上一眼。然而，展台前的热度更胜服务器的工作温度，一时半会挤不进去。正要举起手机拍下这热闹的景象，突然间，屏幕上弹出一条消息：第一艘国产航母在大连造船厂下水！
真是由南到北皆液冷啊！为什么这样说呢？因为新航母装备的相控阵雷达，由之前辽宁号的346型，升级为346A型：346型采用风冷/液冷混合系统，风冷系统的弧形外罩成为其外观上最明显的特征；346A型回归平板结构则得益于改用全液冷系统，配备了更多的收发单元，阵列面积也有所扩大。
用346A型取代346型的工作，已经受过国产航母的贴身保镖——052D型驱逐舰的验证。半个月之后，我去参观升级为非易失性存储技术制造基地的英特尔大连工厂（Fab68），正好路经大连造船厂，远观了几艘建造中的052D型驱逐舰。只可惜这么隔水相望，不可能了解到346A型雷达的液冷技术细节。
图中下方为大连造船厂建造中的两艘052D型驱逐舰，右上为其346A型雷达；左上为346型雷达，标志性的弧形外罩形成静压箱，如果战损会影响雷达的正常工作
看起来，如同其他被IT行业宣传为“黑科技”的技术，浸没式液冷具备如下要素：
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修炼：在一些专业领域经过较长时间应用，相对成熟；
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世外：距大众生活过远，新鲜感强；
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伯乐：被具有足够大众吸引力的知名企业引入，宣传推广。
曙光在2015年6月展示的浸没式液冷方案，使用与“飞天·麒麟”同厂牌不同系列（注意键盘上方小字）的冷却液。经过高性能计算市场的积累，曙光在浸没式液冷方面的经验够丰富，至于展示水平就……
得到阿里云的强力加成，液冷这“旧时王谢堂前燕”，能否顺利“飞入寻常百姓家”？业内人士没有这么乐观，在某互联网巨头负责服务器设计的朋友就点评道：
这个泡“水”的主意从七八年前开始隔两年看见一次。还没有中、大规模应用的例子。运维、保修是大问题。热量还是需要被转移走，数据中心需要从头特制。液冷还有很多别的玩法，整个泡上只能在这种场合吸引一下眼球了。斗胆估计后续还是不了了之
。
没错，难点就在“规模”二字。扩大应用规模带给行业新的挑战和机遇，而背后一定要有需求驱动，否则最终难免沦为噱头，很难真正从小众走向大众。接下来，本文试图通过回答几个大家关心的问题，由浅入深的探讨浸没式液冷的中、大规模应用前景。
不同背景的人，对浸没式液冷提出的问题能有多不同？“飞天·麒麟”的展台前摆放的是一套专门为现场展示而搭建的小型系统，连POC（Proof Of Concept，概念验证）都算不上——窃以为，以阿里的体量，西溪园区的那几套或许还可以。负责展台的工作人员很担心大家以为阿里云“飞天·麒麟”浸没式液冷服务器就是这个样子，但没想到九成以上的观众过来第一句话就是——
这里面（的液体）是水吗？
对此，有人笑言，应该在醒目处贴上“这里不是水！"免去一遍遍的解释。不过呢，这个问题却也有过滤器的作用，可以快速排除来者是业内人士的可能性。
但是，“是不是水”也并非全无讨论价值。水的比热容（表示物体吸热或散热的能力）可以说是常见液体和固体中最大的，比所有的有机溶剂（包括油）都高，低黏度、无毒害、不可燃……还有清洁环保、易于获得（再列举下去估计要抽自己了）等无可比拟的优点……但是，再多的优点也比不上一个足以致命的缺点——水具有一定的溶解能力，溶解了一些离子之后就会导电。所以，作为冷却剂，水主要被用于间接冷却系统，通过冷板与冷却对象交换热量，避免直接接触。
水在冷却管道中流动，以及通过冷板换热，都会产生能量损失，影响PUE（Power Usage Effectiveness，能源使用效率）也是难以完全避免的，尽量降低而已。冷板的主要缺点是与主板形状耦合较紧，定制化程度高，通用化程度低，会拉高采购成本。
Dell为eBay设计的某冷板方案演变
水显然不能用于浸没式液冷，那么，第二个问题来了——
这是油吗？
矿物油在高性能计算（HPC）领域用作浸没式液冷是不乏先例的。举例来说，在2012年底Top500榜单上有3套系统进入前100名、最高列第7位的TACC（Texas Advanced Computing Center，德州先进计算中心），从2010年4月开始安装Green Revolution Cooling（GRC）的浸没式液冷方案。小范围使用之后，TACC的评价是：即使在100度（注：应为华氏度，约38摄氏度）的夏天，系统依然正常运行。
矿物油的优点和缺点都在于沾个“油”。如前所述，矿物油的比热容也不如水，但要做到绝缘可不要太容易。以GRC的ElectroSafe冷却剂为例，一种无毒、透明、无味的绝缘矿物油混合物，能够满足浸没式液冷的基本要求。
作为冷却剂，常温下的液体和气体，比热容相差不是很大（通常在十倍以内），气体可以达到较高的流速，但更多的吃亏在密度上——如GRC声称ElectroSafe冷却剂按体积算的热容是空气的1200倍（比热容是按质量算的，考虑到流速上的劣势，按体积算有夸大效果的嫌疑）。不过，在直接接触的情况下，液体还要考虑残留等问题。
所以，作为一种直接液体冷却（直接液冷）技术，
浸没式液冷的冷却能力比直接风冷强，效率又比间接液冷高
。至于冷却能力能有多强，效率能有多高，是否便于维护，则很大程度上取决于冷却剂的具体特性。
矿物油可以归入可燃物范围，需要经过额外的防爆处理。譬如，ElectroSafe冷却剂被美国国家防火协会（NFPA）评为0-1-0物质：无人体健康风险，但也只能说是“不易燃”，可以接受包括水在内的任何灭火物质。
2012年10月的TACC矿物油浸没式液冷机柜，可以看到系统在运行中，矿物油透明而不够清澈
更重要的是，油的黏性给日常运维带来不便：
GRC的官网显示，其CarnotJet系统的mPUE (mechanical PUE) 低于1.05，可达1.03，并有TACC的证言加持——“冷却10千瓦的功率只消耗大约300瓦。”如果这个数字没有夸大，“飞天·麒麟”浸没式液冷服务器的（局部）PUE是不是会更低呢？
既不是水，也不是油，那“飞天·麒麟”用的冷却剂——
究竟是什么？
先说答案：3M的电子氟化液。
再说特性：兼具水和矿物油的优点，以及少数水所没有的……缺点。
电子氟化液清亮、透明，流动性好，看起来很像水，近观完全没有矿物油那种油乎乎的感觉，也难怪很多不明就里的人误以为它是水。
与水相比，电子氟化液最大的优势当然是绝缘。所以，有时会被用在需要它是水（看起来像水）但又不能是水（不导电）的场合，而不是出于散热的诉求。
没看明白？容咱举个栗子先：2013年日立（HGST，现属于WD）推出了氦气密封硬盘——顾名思义，内部填充氦气（Helium），外壳密封（传统空气硬盘有透气孔及过滤器，维持内外气压平衡）。为了更直观的展示这一与众不同之处，日立多次在展会上把氦气硬盘泡“水”来突出其密封性，从最初的He6（6TB）到He8、He10和现在的He12，照片就不全列出了，以免喧宾夺主。
泡在电子氟化液中的Ultrastar He6充氦硬盘，注意容器上还标注了氦的分子量（4.0026）。7200RPM的硬盘远没到需要浸没式液冷散热的程度，当然右边的CPU受益于此，没有装散热片。后来在He8的展示中，CPU是加装了散热片的，氦分子量也标注为更精确的4.002602
前面提到的曙光展示和“飞天·麒麟”，则把氟化液用作浸没式液冷的冷却剂，也是本文要重点探讨的内容。
这就是真“相”？
目前“飞天·麒麟”使用的冷却剂，是Fluorinert电子液FC-72。Fluorinert是3M公司电子冷却液产品线的商标品牌名称，稳定的碳氟化合物液体，FC-72是其中的一种，学名全氟己烷（perfluorohexane），分子式C6F14，平均分子量338。FC-72具有良好的热稳定性和化学稳定性，而且可以和一些敏感材料相容、不燃、无毒无残留。由于“惰性十足”，FC-72还可以用作一些化学反应的介质。
不同的特性决定了，FC-72的用法与矿物油有着根本的区别。
基于矿物油的浸没式液冷方案，矿物油吸收热量后温度升高，但仍然是液体，并没有发生相变，属于“单相”液冷；而FC-72的沸点只有56℃，很容易沸腾，在汽化过程中带走热量，由于发生了相变，所以属于“两相”液冷。
水的常识告诉我们，汽化过程吸收的热量可比升温大得多。单相液冷完全靠比热容，FC-72当然也支持这种方式，但是氟化液和矿物油的比热容都比水低不少，有各自的极限。两相液冷的换热系数就要高得多，大约能达到单相循环式的10倍，单相不循环的100倍，空气循环的1000倍，是数量级的差异。
注意上面提到“循环”，两相液冷的冷却剂并不需要借助外力在管道中流动，而是在封闭容器内部通过“汽化-冷凝-再汽化”的过程形成自发循环，这个过程本身并不消耗机械能量。具体说来，CPU、内存等电子器件发出的热量被冷却剂吸收，达到沸点后汽化，蒸汽上升，到容器顶端遇到冷凝盘管，释放热量后凝结为液滴，再落下来完成循环过程。
阿里云宣传片中的“麒麟”浸没式液冷系统特写，可以看到（运行中的）服务器面板附近的冷却液沸腾现象，以及容器上方四周环绕的冷凝盘管
由于FC-72的沸点有50多度，冷凝盘管中的水温度不需要太低，室温（如30多度，无需空调冷机或低温的自然环境）就可以满足换热的要求，把热量带走，流到冷却塔等设施中降温，再返回到冷凝盘管。水侧的循环流动过程是要消耗机械能量的，但是水的流动阻力明显小于矿物油。3M方面认为，（基于氟化液的）两相液冷可以将PUE降至1.01～1.02，GRC的方案实际上要到1.08，因为矿物油流动阻力比较大，降温后回流还要过滤，所以1.1～1.2比较正常，而且换热系数也远低于两相液冷。
