冷却液分配单元（CDU）是液冷系统的核心组件，旨在提高整体系统效率并降低高密度数据中心的总拥有成本（TCO）。CDU通过创建与冷冻水供应系统（FWS）隔离的二级冷却回路，实现严格的冷却液管理，并精确控制冷却系统的温度、压力和流速。
CDU的主要功能包括：
维持次级回路的供液温度高于数据中心露点，防止冷凝
负责机房冷却水系统（FWS）和CDU冷却液回路（TCS）之间的热交换
提供受控的、无污染的冷却液，可用于热交换器、直连芯片冷却以及浸没式液冷设备
2. 机械与物理要求 • 尺寸与外形： ◦ In-rack/RPU： 需适应标准19英寸机架或ORV3机架。高度通常为4U（最大175.3mm），深度需适配机架且避开母排等禁区。建议最大重量（注液后）不超过75kg，推荐60kg。 ◦ In-row： 尺寸较大，通常与IT机架高度一致（如42U, 48U）。 • 接口： ◦ 液路接口： 推荐使用防滴漏的快速断开接头（QD）。RPU后部通常使用盲插接口连接歧管（如20mm口径），前部预留加注/排液口（如3mm/5mm口径）。 ◦ 机械结构： 需具备抗震支撑设计，所有软管需有预压接的端部连接器。 • 材料兼容性 (Wetted Materials)： 所有接触液体的部件必须与冷却液兼容。推荐材料包括不锈钢（304L, 316L）、铜、EPDM密封件等；应避免使用铝（除非有特殊防腐措施）、PVC、锌等材料。
3. 热工与水力性能 • 冷却能力与温控： ◦ L2L In-Row： 推荐冷却能力可达1MW（在4°C逼近温度ATD下）。 ◦ L2A In-Row： 推荐冷却能力约135kW（在10°C ATD下）。 ◦ RPU： 需支持20-50 LPM的流量范围（基于25%丙二醇溶液），总功耗应≤额定冷却能力的5%。 ◦ 温控目标： 二次侧供液温度通常设定在≤45°C，且应高于露点温度以防结露。 • 泵与流量： ◦ 冗余： 必须具备N+1泵冗余设计，确保单泵故障时系统仍能运行。 ◦ 性能曲线： 供应商需提供压力-流量（PQ）曲线和热性能曲线。 ◦ 流速限制： 内部流速不锈钢建议不超过6 m/s，以防止侵蚀。
4. 电气要求 • 电源输入： ◦ 需支持多种区域电压（如208V/380V/480V AC）。 ◦ 对于ORV3架构，RPU需支持通过后部母排输入的48V DC电源。 • 功耗限制： RPU的功耗应不超过总机架功耗的2%（或AALC总解决方案的5%）。 • 安全设计： 高压和低压组件应分离，电源供应单元建议置于顶部以防液体泄漏导致烧毁。
4. 监控、控制与传感器 • 通信协议： 必须支持通过Modbus TCP或SNMP进行远程监控，并推荐支持DMTF Redfish标准。 • 关键传感器 (Tier 2/Tier 3)： ◦ 温度： 供液/回液温度（TCS和FWS侧）。 ◦ 压力： 供液/回液压力，用于监测压差。 ◦ 流量： 监测TCS回路流量。 ◦ 泄漏检测： 内部及外部泄漏传感器（如漏液绳）。 ◦ 液位： 储液罐液位监测。 • 控制逻辑： 主要基于压差（dP）控制泵速以维持流量，以及基于温度控制风扇或阀门。 • 告警机制： 需具备针对泵故障、高/低压、高温、泄漏、液位低等情况的告警及自动干预逻辑（如泄漏时自动关泵）。
5. 安全、可靠性与测试 • 压力安全： ◦ 系统需配备泄压阀（PRV）。 ◦ 爆破压力通常要求为工作压力的3倍（例如工作压力72 psig，爆破压力216 psig）。 ◦ 需符合IEC 62368-1或ASME B31.3压力管道标准。 • 寿命要求： 泵的L5寿命（即5%故障率的时间）在45°C进液温度下应≥10年。 • 泄漏管理： 必须配备接水盘和泄漏检测系统，且不得设计成泄漏时自动关闭整个单元（应具备隔离能力或手动关闭阀门）。 • 测试要求： 生产测试需包括气体泄漏测试、功能测试、老化测试（Burn-in）以及长期的可靠性测试（如温湿度循环、冲击振动）。
6. 维护与服务 • 热插拔： 泵、风扇（针对L2A）、过滤器应支持热插拔或在线维护，无需系统停机。 • 过滤： 必须配备过滤器以防止堵塞。RPU建议至少使用100微米过滤器，部分精密部件可能需要更细的过滤（如25-50微米）。 • 排气与排液： 系统应具备自动排气功能，并设计有低点排水口以便于维护和冲洗。 CDU/RPU规范强调了模块化设计（适配标准机架）、高可靠性（冗余泵、长寿命）、智能化管理（全面传感、Redfish支持）以及严格的安全标准（压力测试、泄漏干预），以适应现代数据中心的高密度液冷需求
1、核心性能指标
冷却能力与温控
CDU的冷却能力是衡量其性能的核心指标之一。行级液-液CDU的推荐冷却能力可达1MW（在4°C逼近温度ATD下），而行级液-气CDU的推荐冷却能力约为135kW（在10°C ATD下）。机架内CDU需支持20-50 LPM的流量范围（基于25%丙二醇溶液），总功耗应控制在额定冷却能力的5%以内。温控方面，二次侧供液温度通常设定在≤45°C，且应高于露点温度以防结露。
泵与流量要求
为了确保系统的可靠性，CDU必须具备N+1泵冗余设计，以确保单泵故障时系统仍能正常运行。供应商需提供压力-流量（PQ）曲线和热性能曲线，以便用户评估CDU的性能。此外，内部流速不锈钢建议不超过6 m/s，以防止侵蚀。
2、物理设计要求
尺寸与外形
在CDU的物理设计方面，不同部署场景对尺寸和外形有着严格的要求。机架内CDU（In-rack/RPU）需要适配标准19英寸机架或ORV3机架，通常采用4U高度设计（最大175.3mm），深度需避开机架内的母排等关键区域。考虑到安装和维护的便利性，注液后的总重量建议控制在60kg以内，最大不超过75kg。而行级CDU（In-row）则通常与IT机架高度保持一致（如42U或48U），以实现更紧凑的布局。
接口要求
CDU的液路接口设计直接影响到系统的可靠性和维护效率。为了防止冷却液泄漏，推荐采用防滴漏的快速断开接头（QD）。机架内CDU通常在后部采用盲插接口连接歧管（如20mm口径），前部预留加注/排液口（如3mm/5mm口径），以便于日常维护。机械结构方面，需具备抗震支撑设计，所有软管需采用预压接的端部连接器，以确保连接的可靠性。
材料兼容性
冷却液与CDU内部材料的兼容性是确保系统长期稳定运行的关键。所有接触液体的部件必须与冷却液兼容，推荐使用不锈钢（304L, 316L）、铜、EPDM密封件等材料。应避免使用铝（除非有特殊防腐措施）、PVC、锌等材料，以防止腐蚀和污染冷却液。
3、电气与控制要求
电气要求
CDU的电气设计需要考虑多方面的因素。电源输入需支持多种区域电压（如208V/380V/480V AC），对于ORV3架构，机架内CDU需支持通过后部母排输入的48V DC电源。功耗方面，机架内CDU的功耗应不超过总机架功耗的2%（或AALC总解决方案的5%）。安全设计方面，高压和低压组件应分离，电源供应单元建议置于顶部以防液体泄漏导致烧毁。
监控、控制与传感器
CDU的监控和控制能力直接影响到系统的运行效率和可靠性。通信协议方面，必须支持通过Modbus TCP或SNMP进行远程监控，并推荐支持DMTF Redfish标准。关键传感器包括温度（供液/回液温度）、压力（供液/回液压力）、流量（监测TCS回路流量）、泄漏检测（内部及外部泄漏传感器）、液位（储液罐液位监测）等。控制逻辑主要基于压差（dP）控制泵速以维持流量，以及基于温度控制风扇或阀门。
4、安全与可靠性要求
压力安全
CDU的压力安全是用户最为关注的问题之一。系统需配备泄压阀（PRV），爆破压力通常要求为工作压力的3倍（例如工作压力72 psig，爆破压力216 psig）。此外，系统需符合IEC 62368-1或ASME B31.3压力管道标准。
寿命要求
泵的L5寿命（即5%故障率的时间）在45°C进液温度下应≥10年，以确保系统的长期稳定运行。
泄漏管理
必须配备接水盘和泄漏检测系统，且不得设计成泄漏时自动关闭整个单元（应具备隔离能力或手动关闭阀门），以确保在发生泄漏时能够及时处理，减少对数据中心的影响。
测试要求
生产测试需包括气体泄漏测试、功能测试、老化测试（Burn-in）以及长期的可靠性测试（如温湿度循环、冲击振动），以确保CDU的质量和可靠性。
三、CDU的工作原理与核心作用
1、CDU的工作原理
CDU通过创建与冷冻水供应系统（FWS）隔离的二级冷却回路，实现严格的冷却液管理，并精确控制冷却系统的温度、压力和流速。其核心工作流程包括：
热量收集：冷却液在服务器冷板中吸收热量，温度升高
热量传递：升温后的冷却液返回CDU，通过热交换器将热量传递给冷冻水系统或外部空气
冷却液处理：经过过滤和温度调节后的冷却液再次被泵送到服务器冷板
闭环控制：通过传感器实时监测温度、压力和流量，自动调节泵速和阀门开度
2、CDU的核心作用
提高冷却效率：液体的热传递效率远高于空气，能够有效解决高密度数据中心的散热瓶颈
降低能耗成本：通过精确的温度控制和流量调节，减少不必要的能源消耗
提升系统可靠性：N+1冗余设计和泄漏检测系统确保系统连续稳定运行
延长设备寿命：稳定的温度和压力环境减少了服务器组件的热应力，延长了设备使用寿命
支持高密度部署：为AI训练集群等高密度计算环境提供可靠的散热解决方案
四、CDU部署与管理的最佳实践
1、CDU的部署策略
连接CDU与关键设备
液-液型CDU：需连接至设施的冷冻水供应系统或其他热排出源，以获取从液体中移除热量所需的冷却液。同时，还需通过进液与回液管道与液冷系统对接。
液-气型CDU：即使在无冷冻水供应的情况下也可提供高效冷却。它为机架提供独立的二次流体回路，用以吸收IT部件热量。加热后的液体返回CDU，通过换热器（HX）线圈流动，热量被风扇带走并排入数据中心环境中。
确定CDU位置
IT与设施团队可将CDU布置于多种位置：
机架内或行中位置，用于直接冷却对应机架
行尾位置，服务该行内所有机架
一机架一CDU的分布式部署方案
集中安置在数据中心后端，为整场提供共享的液体系统
确定所需冗余等级
N+1冗余：部署两台CDU，一台供液、一台备用。此配置提高了系统可靠性，但会占用更多机房空间且增加成本。
集中部署：为确保充分流量、减少CDU台数并提高扩展效率，企业级IT与设施团队往往倾向于集中部署CDU，此举不仅优化运行，还可实现更快的规模扩展。
CDU的管理与维护
定期检查：定期检查冷却液的pH值、电导率和杂质含量，确保冷却液质量符合要求
过滤器更换：根据使用情况定期更换过滤器，防止系统污染
泄漏检测：定期检查系统的泄漏情况，及时修复泄漏点
性能监测：通过BMS系统实时监测CDU的温度、压力和流量参数，确保系统运行在最佳状态
预防性维护：按照制造商的建议进行预防性维护，包括泵的润滑、阀门的校准等
