計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)從來(lái)都繞不過(guò)一個(gè)話題，如何解決計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的“副產(chǎn)物”——大量的熱。算力越強(qiáng)，產(chǎn)生的熱也就越多，當(dāng)前全球所有的高端計(jì)算都采用液冷冷卻，但對(duì)于大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心而言，液冷仍然是一個(gè)新鮮事物，此前廠商對(duì)于液冷技術(shù)更多是探索性質(zhì)，少見(jiàn)數(shù)據(jù)中心級(jí)別的大規(guī)模部署。
無(wú)數(shù)從業(yè)者投身于此，有的人選擇把計(jì)算機(jī)部件耐熱度提高，有的人選擇用電扇、空調(diào)等帶走熱量，而隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的成熟，液冷正逐漸成為一個(gè)優(yōu)選項(xiàng)。
在4月26日舉辦“2022數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)研討會(huì)”上，中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)呂天文表示， “無(wú)論從政策角度、市場(chǎng)需求還是技術(shù)成熟度來(lái)講，均標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心進(jìn)入‘液冷時(shí)代’。”
數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生哪些內(nèi)外變化，又將如何迎頭趕上這場(chǎng)新一輪液冷變革？
液冷時(shí)代已來(lái)
早在上世紀(jì)80年代，液冷技術(shù)已經(jīng)誕生并有一些應(yīng)用，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展變得更加成熟可靠，同時(shí)期風(fēng)冷技術(shù)也在不斷發(fā)展，并且憑借成本和便捷性等優(yōu)勢(shì)，成為數(shù)據(jù)中心的主要散熱方式，而當(dāng)時(shí)代背景有所變化，液冷重新站到舞臺(tái)中央。
從政策角度，國(guó)家發(fā)改委等多部門(mén)制定相關(guān)政策并提出，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下，同時(shí)，“東數(shù)西算”進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心綠色化趨勢(shì)。放眼全球也是如此，碳中和和碳達(dá)峰戰(zhàn)略在全球主要國(guó)家落地，數(shù)據(jù)中心作為能源消耗和碳排放大戶(hù)，采用更綠色先進(jìn)的液冷技術(shù)有戰(zhàn)略意義。
從市場(chǎng)需求角度，主流芯片功耗不斷增長(zhǎng)，單機(jī)柜功率從90年代的1KW，升至如今的10KW，視頻、大數(shù)據(jù)和人工智能等新業(yè)務(wù)層出不窮，對(duì)算力的需求進(jìn)一步加大，容納數(shù)萬(wàn)臺(tái)甚至數(shù)十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的大型數(shù)據(jù)中心也在增加，對(duì)現(xiàn)有冷卻方式提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
”服務(wù)器功率密度越來(lái)越大，能耗也越來(lái)越高。從90年代1KW，到2000年左右的2KW，一路驟增到10KW，現(xiàn)在還有一些30KW甚至70KW的單機(jī)柜，能耗呈幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)。根據(jù)SATresearch統(tǒng)計(jì)，2020年數(shù)據(jù)中心能耗已經(jīng)超過(guò)了1660億千瓦時(shí)”，呂天文說(shuō)道，這對(duì)數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)更新?lián)Q代產(chǎn)生了極大的推動(dòng)力。
從技術(shù)成熟度來(lái)看，我國(guó)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施排在全球前列，與之相應(yīng)地，液冷技術(shù)的發(fā)展也處于第一梯隊(duì)，大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，為底層基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)塑造了良好的先決條件。
曙光數(shù)創(chuàng)副總裁 姚勇
曙光數(shù)創(chuàng)副總裁姚勇指出，“從每平米減熱的能力、易維護(hù)性、節(jié)能效果和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，風(fēng)冷已經(jīng)慢慢不能適用于現(xiàn)在的要求，新興的冷板式液冷、浸沒(méi)液冷逐漸踏上舞臺(tái)，產(chǎn)業(yè)鏈也在向液冷方向發(fā)展。”
曙光液冷之路
曙光涉足到液冷技術(shù)領(lǐng)域較早，引領(lǐng)著液冷技術(shù)的發(fā)展，目前曙光是國(guó)內(nèi)液冷領(lǐng)域技術(shù)最先進(jìn)、部署最多、應(yīng)用最久、產(chǎn)品最成熟、經(jīng)驗(yàn)最豐富的廠商。
據(jù)了解，曙光液冷技術(shù)發(fā)展有三個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，2011年，曙光開(kāi)始投入液冷研發(fā)；2015年，曙光第一批商用冷板式液冷設(shè)備上線，目前已經(jīng)有客戶(hù)做液冷服務(wù)器的第二代更迭；2018年，第一套商用化浸沒(méi)液冷設(shè)備開(kāi)始部署，此后曙光也廣泛推動(dòng)了更多行業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用液冷技術(shù)。
如前所述，液冷技術(shù)主要分為間接冷卻和直接冷卻，前者俗稱(chēng)冷板式液冷，將水冷板貼服在CPU表面，通過(guò)金屬傳導(dǎo)將CPU熱量傳導(dǎo)到冷板中的冷媒，經(jīng)過(guò)液體的循環(huán)帶走熱量；后者是將CPU以及內(nèi)存等發(fā)熱部件直接泡在冷媒當(dāng)中，通過(guò)冷媒直接接觸熱源，發(fā)生相變將這個(gè)熱量帶走。
據(jù)了解，根據(jù)曙光數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)風(fēng)冷的PUE值多在1.5以上，其浸沒(méi)相變液冷技術(shù)，可將PUE最低降至1.04，這已是目前全國(guó)最低。
液冷技術(shù)牽一發(fā)而動(dòng)全身，對(duì)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、選址、建設(shè)、交付和運(yùn)維都有所影響，例如液冷數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)無(wú)需考慮制冷冷機(jī)和末端空調(diào)，選址上可以就近業(yè)務(wù)所在地，液冷數(shù)據(jù)中心的政策友好度高，運(yùn)維也較為方便，不過(guò)交付方面對(duì)管道、線材等有一些額外要求。
曙光站在數(shù)據(jù)中心全局視角，審視液冷技術(shù)帶來(lái)的影響，并且有針對(duì)性地做出了應(yīng)對(duì)。
姚勇表示，曙光傾向于提供全生命周期的數(shù)據(jù)中心解決方案，從最早數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)，到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)維服務(wù)到能耗管理，包括數(shù)據(jù)中心內(nèi)部涉及IT的硬件、IT的軟件，到基礎(chǔ)設(shè)施的電氣、暖通、弱電、消防等等專(zhuān)業(yè)，曙光都有所涵蓋。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，若全國(guó)50%新建數(shù)據(jù)中心采用相變液冷技術(shù)，每年可省450億度電，減排3000萬(wàn)噸二氧化碳。液冷技術(shù)的興起為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗帶來(lái)了無(wú)限可能，液冷技術(shù)不僅能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心高密度、低能耗的發(fā)展需求，還將驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的各種配置和部件進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，帶來(lái)一場(chǎng)持續(xù)性的優(yōu)化改革。
“液冷”技術(shù)將成大算力時(shí)代標(biāo)配
數(shù)字經(jīng)濟(jì)建立在計(jì)算力基礎(chǔ)之上，算力就是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的生產(chǎn)力，數(shù)據(jù)中心就是新生產(chǎn)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。相關(guān)研究報(bào)告指出，計(jì)算力指數(shù)平均每提高1個(gè)百分點(diǎn)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長(zhǎng)3.3‰和1.8‰。
而從另一維度觀測(cè)，2020年我國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量已逾2000億千瓦時(shí)，約占全社會(huì)用電量2％，電能利用率（PUE）高達(dá)1.49；二氧化碳排放量約1.35億噸，碳排放強(qiáng)度（CUE）為0.82，約占全國(guó)二氧化碳排放量的1.14%，并且各行各業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求保持高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
大算力時(shí)代，液冷技術(shù)成為關(guān)鍵之匙、破局之法。以“東數(shù)西算”成渝樞紐節(jié)點(diǎn)內(nèi)的曙光承建的西部（重慶）科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心采用了浸沒(méi)液冷技術(shù)、余熱回收、綠色建筑、清潔能源（光伏）等多種相關(guān)技術(shù)，真正做到了從能源的使用、機(jī)架的合理選用、到散熱的合理規(guī)劃、機(jī)房設(shè)計(jì)、布局和使用等多方面的合理布局，全面提高機(jī)房散熱效率，降低機(jī)房的整體能耗，最終達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。
西部（重慶）科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中心主任謝華表示，采用了節(jié)能技術(shù)之后，項(xiàng)目年均PUE可達(dá)到1.144，年節(jié)省用電約為14624.8 MWh，年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤4870 噸，年減少二氧化碳排放13149噸。
另外，由于采用了浸沒(méi)液冷服務(wù)器，在同等規(guī)模的情況下，機(jī)柜數(shù)量、機(jī)房面積、支持區(qū)面積均大幅度減少。據(jù)了解，曙光已將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于全國(guó)二十多個(gè)城市的數(shù)據(jù)中心，覆蓋科研、金融、教育、醫(yī)療、人工智能等多個(gè)行業(yè)。
一個(gè)呼之欲出的大算力時(shí)代，呼喚液冷技術(shù)的全面普及，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)綠色化、集約化發(fā)展已成為必然趨勢(shì)，曙光浸沒(méi)液冷技術(shù)基于多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與發(fā)展?jié)摿Γ瑢⒂瓉?lái)快速發(fā)展的機(jī)遇期，推進(jìn)中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)久繁榮。
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