液冷技術(shù)讓數(shù)據(jù)中心降溫又降碳

劉艷

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，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。

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)界應攜手解決當前液冷技術(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、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器液冷技術(shù)研究；2013年推出了首臺冷板式液冷服務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)有服務器芯片組件及附屬部件改動量小，是目前應用較早且技術(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應用。

談及當前液冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化所面臨的挑戰(zhàn)，浪潮信息服務器產(chǎn)品線總經(jīng)理趙帥特別指出，液冷技術(shù)非常復雜，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)品及服務交付，難以形成規(guī)范化、規(guī)模化發(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?！?/p>

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?、可復制化、可?guī)?；纳a(chǎn)方式，最終在2025年實現(xiàn)“風液同價”。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)模應用，50%以上項目應用液冷技術(shù)，推進形成標準統(tǒng)一、生態(tài)完善、成本最優(yōu)、規(guī)模應用的高質(zhì)量發(fā)展格局。