液冷技術(shù)讓數(shù)據(jù)中心降溫又降碳

　　在5G等新技術(shù)的快速普及下，數(shù)據(jù)中心已成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要支撐，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量快速增長，龐大的設(shè)施體量以及日益增長的算力需求使得傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)已無法滿足數(shù)據(jù)中心日益增長的散熱需求，液冷幾乎成為未來新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的“唯一選擇”。

 

　　6月28日，中國移動董事長楊杰在上海世界移動通信大會上指出，中國移動既是技術(shù)發(fā)展的推動者，也是產(chǎn)業(yè)合作的受益者，為推動算力在物理空間、邏輯空間、異構(gòu)空間及多主體間融通發(fā)展，中國移動正開創(chuàng)性地部署算力網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)新型智算中心，努力為用戶提供方便快捷、即取即用的算力服務(wù)。

 

　　算力需求井噴，數(shù)據(jù)中心作為承載數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，為我國數(shù)字經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展提供了核心驅(qū)動力，而促進數(shù)據(jù)中心的綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展也已成為“不可逆”的大趨勢。液冷技術(shù)憑借其在制冷方面節(jié)能降碳的突出優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重要選擇。中國移動、中國電信、中國聯(lián)通在此前發(fā)布的《電信運營商液冷技術(shù)白皮書》(以下簡稱《白皮書》)中倡議，業(yè)界應(yīng)攜手解決當(dāng)前液冷技術(shù)和產(chǎn)品接口規(guī)范標準不夠完善、原創(chuàng)技術(shù)不夠成熟、產(chǎn)業(yè)生態(tài)不夠健全等系列問題。隨著我國數(shù)字經(jīng)濟轉(zhuǎn)向深化應(yīng)用、規(guī)范發(fā)展、普惠共享的新階段，電信運營商將逐漸成為液冷生態(tài)的主導(dǎo)者、設(shè)計者、構(gòu)筑者，推進液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸成熟。

 

　　數(shù)據(jù)中心進入“液冷時代”

 

　　如聯(lián)想集團副總裁、中國區(qū)首席市場官王傳東所言，數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)流動、接收、處理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的“中樞大腦”，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)已無法滿足數(shù)據(jù)中心日益增長的散熱需求。

 

　　中國移動計劃建設(shè)部副總經(jīng)理商亮指出，在5G等新技術(shù)的快速普及下，數(shù)據(jù)中心已成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要支撐，在技術(shù)、政策、需求等多重力量推動下，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心正加速與網(wǎng)絡(luò)、云計算融合發(fā)展，向新型數(shù)據(jù)中心演進。

 

　　華為數(shù)據(jù)中心集成解決方案首席專家遲九虹強調(diào)，數(shù)據(jù)中心機架年均增速超過30%，已成為賦能千行百業(yè)的重要“數(shù)字底座”。

 

　　以“東數(shù)西算”工程正式啟動為標志，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量快速增長，龐大的設(shè)施體量以及日益增長的算力需求，使得液冷幾乎成為未來新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的“唯一選擇”。

 

　　2008年，IBM發(fā)布液冷超級計算機Power575，液冷技術(shù)初登場。2012年，聯(lián)想發(fā)布溫水水冷技術(shù)。在今年的上海世界移動通信大會上展示的第6代溫水水冷技術(shù)，已實現(xiàn)了對中央處理器、圖形處理器、內(nèi)存以及電源等關(guān)鍵部件的全水冷散熱設(shè)計。

 

　　雖然液冷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近20年，但產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的“拐點”卻出現(xiàn)在最近兩三年。我國雖然起步稍晚，但發(fā)展進程基本與世界同步。

 

　　2011年，中科曙光率先開始了服務(wù)器液冷技術(shù)研究；2013年推出了首臺冷板式液冷服務(wù)器原理機和首臺浸沒式液冷原理驗證機，2019年實現(xiàn)了全球首個刀片式相變浸沒液冷技術(shù)大規(guī)模部署。

 

　　根據(jù)賽迪顧問的預(yù)測，逐漸增長的數(shù)據(jù)中心算力將推動高功率單機柜快速普及，預(yù)計2025年全球數(shù)據(jù)中心平均功率提升至25千瓦，液冷變革勢在必行，數(shù)據(jù)中心也將進入“液冷時代”，預(yù)計2025年中國液冷數(shù)據(jù)中心的市場滲透率將達到20%以上。

 

　　液冷技術(shù)有多條發(fā)展路線

 

　　數(shù)據(jù)中心是“數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)動機”，也是能耗居高不下的“電老虎”。以功率密度為2.5千瓦的標準機架計算，機架規(guī)模在10000以上的超大型數(shù)據(jù)中心，每年的耗電量為億度級別，其中因散熱而消耗的電量占據(jù)了很大比例。相較于傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改善了主設(shè)備的散熱形式，更能滿足高密機柜芯片級精確制冷，具有更節(jié)能、更節(jié)地、噪聲低等優(yōu)點。

 

　　按照《白皮書》的梳理，國內(nèi)目前主要的液冷技術(shù)路線分別為冷板式、浸沒式和噴淋式。

 

　　冷板式液冷是指采用液體作為傳熱工質(zhì)在冷板內(nèi)部流道流動，通過熱傳遞對熱源實現(xiàn)冷卻的非接觸液體冷卻技術(shù)。在冷板式液冷系統(tǒng)中，服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸液體，而是通過裝配在需要冷卻的電子元器件上的冷板進行散熱。浪潮信息數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品部副總經(jīng)理李金波指出，冷板式液冷利用冷板中流動的冷卻液進行非接觸式散熱，對現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動量小，是目前應(yīng)用較早且技術(shù)成熟度較高的一種液冷散熱方案。

 

　　浸沒式液冷是將服務(wù)器完全浸入冷卻液中，全部發(fā)熱元件熱量直接傳遞給冷卻液，再通過冷卻液循環(huán)流動或蒸發(fā)冷凝相變進行散熱。其中，冷卻液循環(huán)流動的方式為單相浸沒式液冷，冷卻液蒸發(fā)冷凝相變的方式為相變浸沒式液冷，相變浸沒式液冷控制更復(fù)雜、要求更高。

 

　　浸沒式液冷相對創(chuàng)新性較強，但驗證性不足。單向浸沒式液冷的冷卻液流速會非常慢，相變浸沒式液冷則會存在氣和液的承壓問題，在技術(shù)的可靠性方面仍需要驗證。此外，浸沒式液冷使用的冷卻液不導(dǎo)電，但仍需要對冷卻液做持續(xù)的干燥處理。

 

　　噴淋式液冷則是用冷卻液直接噴淋芯片等發(fā)熱單元，通過對流換熱進行散熱，一般不需要對數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施進行大幅度改動。

 

　　液冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化任重道遠

 

　　數(shù)據(jù)中心液冷市場創(chuàng)新極為活躍，關(guān)于浸沒式、冷板式、噴淋式等多種液冷技術(shù)孰優(yōu)孰劣的討論此起彼伏。雖有“路線之爭”，但無論選擇哪種技術(shù)路線，成本仍是橫在液冷技術(shù)普惠面前的攔路虎，據(jù)業(yè)界測算，目前液冷數(shù)據(jù)中心的初期建設(shè)成本比風(fēng)冷要高出10%左右，需要1.5年才可實現(xiàn)總擁有成本與投資回報的平衡。

 

　　此外，《白皮書》還指出，當(dāng)前液冷技術(shù)存在生態(tài)不完善等問題。各家產(chǎn)品形態(tài)各異，產(chǎn)品規(guī)范化程度較低，難以標準化、規(guī)?；茝V應(yīng)用。

 

　　談及當(dāng)前液冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化所面臨的挑戰(zhàn)，浪潮信息服務(wù)器產(chǎn)品線總經(jīng)理趙帥特別指出，液冷技術(shù)非常復(fù)雜，涉及液冷數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)層、液冷部件及接口層、液冷基礎(chǔ)設(shè)施層(液冷機柜、組件、換熱設(shè)備、室外集成冷源等)、液冷監(jiān)控系統(tǒng)層等多方面，產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)技術(shù)路徑多種多樣，產(chǎn)品規(guī)格千差萬別，想要對液冷技術(shù)進行標準化適配和部署的難度很大。

 

　　一個現(xiàn)實的問題是，液冷技術(shù)雖然誕生較早，但此前一直處于小規(guī)模部署階段，眾多鏈條企業(yè)尚依靠“作坊式生產(chǎn)”的方式完成產(chǎn)品及服務(wù)交付，難以形成規(guī)范化、規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢。

 

　　趙帥說：“業(yè)界積極擁抱液冷，對液冷轉(zhuǎn)換的條件提出了更高的要求，液冷產(chǎn)業(yè)化推進變得至關(guān)重要，需要具備高度資源整合能力的鏈主企業(yè)牽頭推進，產(chǎn)業(yè)生態(tài)才能有序發(fā)展。”

 

　　為此，浪潮信息投資建設(shè)了天池液冷基地，其核心目標是打通整個產(chǎn)業(yè)鏈，讓液冷的生產(chǎn)制造從過去的“單兵作戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)榭膳炕?、可?fù)制化、可規(guī)?；纳a(chǎn)方式，最終在2025年實現(xiàn)“風(fēng)液同價”。如今，年產(chǎn)能超10萬臺的天池液冷基地已是亞洲最大的液冷基地，為液冷產(chǎn)業(yè)提產(chǎn)能、擴規(guī)模打造了成功的樣板。

 

　　前有液冷制造領(lǐng)域的“燈塔工廠”牽引，后有電信運營商集體入局，液冷行業(yè)良性發(fā)展已有目標可循。按照《白皮書》給出的三年愿景：2023年開展技術(shù)驗證；2024年開展規(guī)模測試，新建項目10%規(guī)模試點液冷技術(shù)；2025年開展規(guī)模應(yīng)用，50%以上項目應(yīng)用液冷技術(shù)，推進形成標準統(tǒng)一、生態(tài)完善、成本最優(yōu)、規(guī)模應(yīng)用的高質(zhì)量發(fā)展格局。(科技日報 記者 劉 艷)