随着新一代产品的推出，工作站性能和处理器能力也随之提高。 因此，冷却能力也应改变。 例如，在10核Intel Xeon E5-2687W（Haswell）v3i中，与之前的8核Intel Xeon E5-2687W v2ii（Ivy Bridge）相比，散热封装从150 W增加到160W。 该工作站当前配备22核处理器。 使用相同数量的硬件平台和外壳会进一步加剧该问题：以紧凑的外形尺寸进行散热的工程解决方案对于产品的性能和声学特性变得至关重要。
英特尔至强E5-2600 v4系列的两个最现代的处理器提供了根本上更高的性能水平，每个处理器最多支持22个内核。 塔式机箱中的
Precision 7910工作站是需要大量计算资源（可视化复杂过程，
建模工具和分析大量数据的任务）的工作负载的解决方案。 戴尔的液体冷却系统可将噪音降低38％。
随着对计算过程的需求的增加，组织冷却越来越大的容量变得越来越困难。 为了解决这个问题，戴尔开发了一种创新的液冷系统：与传统解决方案相比，其散热潜力增加了两倍，并且噪音水平得到了优化。
使用热管和铝散热器的空气冷却足够可靠，但需要大量气流。 反过来，对他来说，则需要高速旋转的风扇。 但是，它们会产生强烈的噪音。
为了降低风扇速度，从而降低噪声水平，有必要优化性能并最小化冷却要求。 戴尔的解决方案采用了创新的横向风冷液体冷却技术，该技术可以重新分配未使用的机箱体积，从而最大限度地提高散热性能并将噪音降至最低。
用液体冷却Dell Precision塔式7910工作站。液冷工作站物理
要了解液体冷却的好处，重要的是要了解构成该领域高性能解决方案的基础知识。 任何风冷或液冷散热器都具有称为热阻[R]的基本属性。 单位为度/瓦，是设备温度和功率的函数：
图例：
对于我们的特定情况，Tj表示CPU的温度，Tamb表示本地环境温度（在冷却散热器的入口）。 一个很好的类比是水流入水槽。 如果从水龙头进入水槽的水被视为提供的功率，则电阻值R由塞子关闭的紧密程度决定（最小打开-高R值，完全打开-小R值），增量T与水槽中的水位有关。
温度与热阻如何相关。 水槽中的水代表能量。任何冷却设备的第二个关键关系取决于每单位时间散热器材料中的能量。 此瞬态关系用以下公式表示：
如果方程式的左侧表示密度，散热器的体积及其热容量之间的比率，则右侧是进入散热器和从散热器出来的能量交换。 再次在这里，您可以对大型和小型水槽进行类比。 在相同数量的液体进入其中的每一个（功率）的情况下，在较大的水槽中，水位（温度）的升高速度会更慢。
温度与热容量之间的关系。通过方程式2和3，您可以确定任意两种冷却解决方案之间的效率差异，并查看其性能如何随时间变化。 从等式3可以看出，对于具有高热容量（cf）的材料，对于相同的供电功率，温度随时间的变化（dT / dt）将很小。 此外，从等式2中我们知道，温度的绝对升高与热阻直接相关。
从这两个基本关系中可以看出，低热阻和高热容量是最大冷却效率的关键。 接下来，考虑这两个属性以及它们与Dell Precision塔式7910的测量特性之间的关系。
液冷工作站的特性
因此，冷却效率取决于热容量[cp]和热阻[R]。 这可用于调查Dell工作站上液体冷却的影响。 从系统加热速率的角度来看，由于任何冷却溶液的热容量都是关键，因此，为了了解风扇的运行速度，重要的是要考虑冷却技术中使用的材料。 下表说明了各种材料的热容量-从最有效到最小：
该表证实了大多数人已经知道的事情：水的热容比几乎所有其他材料高。 实际上，在质量相同的情况下，水的加热时间将比铝长四倍，比铜长十倍以上。
由于效率不仅取决于比热[cp]，所以我们还必须了解热阻与整体性能之间的关系。 在大多数冷却器中，电阻[R]主要取决于冷却散热器上方的表面积和空气速度。 简而言之，冷却器的表面积和风速越大，散热效果越好。
戴尔在其液体冷却塔7910设计中使用了这两种现象，以最大程度地提高效率并降低噪音。 对于此特定研究，使用的配置包括两个160W Xeon E5-2680 V3处理器，一个NVidia K6000卡，2个8 GB Hynix内存模块和一个1500 GB SATA硬盘驱动器。
为了最大程度地提高蓄热潜力并减小热阻，使用了带有大型内部水箱的110 x 92 mm散热器。 这使工程师能够增加冷却系统中的流体量，并扩大外壳可用空间中的表面积。
另外，使用了一种创新的方法来分配系统中的气流。 下图显示了Precision Tower 7910中液冷解决方案的布局。
空气吹扫外壳的侧壁。如您所见，冷却空气从系统正面进入，并被提供给两个处理器。 空气流穿过散热器，在散热器上进行能量交换，所有从CPU吸收的热量都从液体中除去，并释放到系统外部的房间中。 这种“侧面排气”策略使您能够以最短的方式消除产生的热量，并更有效地放置冷却子系统的组件，并降低风扇的速度（因为它们不需要沿着外壳的整个长度驱动空气）。
为了进行进一步的测试，Dell Tower 7910在相同的空气流速下比较了空气和液体冷却期间的瞬态变化。 为了简化比热势[cp]与冷却器的热阻[R]之间的关系，我们将使用热时间常数：
其中tau定义为达到总温度上升的63％达到稳定状态所需的时间。 时间常数使得可以根据标准方法物理测量冷却器的比热和热阻特性。
下图显示了具有高TDP的气液冷却CPU系统的时间响应。 两种解决方案之间的温差显示了由于在冷却液中使用散热器的较大表面积而产生的热阻优势。 它们之间的延迟显示了时间常数的差异。
与T7910工作站中的空气相比，液体冷却的热特性。如您所见，液体冷却系统达到空气温度tau所需的时间为97秒：比传统的空气冷却（30秒）高出3倍以上。 如上图所示，空气冷却和液体冷却之间的绝对温度降低了5°，表明性能提高了12％。
这对于Tower 7910工作站用户意味着什么？ 液冷系统将以低得多的风扇速度运行。 此外，如下所示，在保持负载和恒定CPU温度的同时，处理器1的风扇速度大于2000 rpm，而处理器2的风扇速度略高于500 rpm。
在两种情况下测量了声音参数。 第一个是先前介绍的TDP分析的扩展，而第二个测试用例则检查了特定于CAD用户的方案。 在最大负载（160瓦处理器功率）下确定系统的声学响应。 该图显示了在此负载下用于液体和空气冷却的系统的瞬态响应。 可以看出，在它们之间观察到声学响应的显着滞后。 作为参考，30 dBA的噪声水平等效于图书馆中的静音，而对于整个会议室则为45 dBA。
从测试中可以明显看出，空气冷却到稳态声学状态的总时间为40秒，而液体为200秒以上。 另外，通过采样，可以分析与使用液体冷却相关的优势。 下表说明了25秒的采样步骤以及每个时间点的声学特性。 从50秒时间间隔的数据可以看出，液体冷却和空气冷却之间的声学差异几乎为10 dB，而接近125秒标记时为5 dB。 该结果表明，随着时间的流逝，流体的热容量提供了声学上的优势。
采样期间采用空气和液体冷却的系统的比较。正在调查的第二个案例是使用流行的CAD软件（3D CAD）进行的测试。 对于此应用程序，我们使用了一个执行常规操作的测试脚本：平移，缩放，旋转，创建零件，组装等。处理器功率和负载是时间的函数。 第一个数字显示了CPU负载相对于时间的不均匀性，以及最大测量功率的百分比。 这种典型的可变负载应用显示了高热容量冷却解决方案（如液体冷却）的巨大潜力。
下图详细说明了250到500秒的时间间隔。 在测试场景的这段时间间隔内，可以看到负载的局部最大值接近最大测得功率的70％。 同时，局部最小值接近最大测得功率的35％。
液体冷却的高热容量必须吸收这些峰值，而不能像风冷那样使风扇加速。 为了进一步分析两个系统之间的声压差，在离散时间步长确定了声学数据。
该图显示了空气和液体冷却之间声压与时间的关系。 数据清楚地说明了LSS对工作站用户的好处。 在这种情况下，液体冷却的噪音水平不会超过28 dBA，并且空气系统的峰值会超过40 dBA。
使用图中的数据，液体冷却的平均变化率确定为0.054 dBA / s，而对于风冷系统，该数字为0.38 dBA / s。 在LSS中，250秒间隔的变化率要低86％。
结论
这项研究表明，使用Dell Precision塔式7910液体冷却解决方案的Dell Precision工作站的客户具有显着的声学优势，这些优势在高热负荷和典型的交互式操作中均显而易见。 对于这两种情况，与同类最佳的空气冷却相比，液体的自然热容量使达到最大风扇速度所需的时间增加了三倍。 对于可变负载应用，瞬态声学响应提高了10 dB。
因此，无论是工程师还是传统的CAD用户，以及从事密集型计算应用程序的人员（例如，从事建模和分析的人员），
液体冷却都可以使
Tower 7910工作站的噪音大大降低。