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液冷技術讓數據中心降溫又降碳

發布時間:2023-07-03 14:39:00來源: 科技日報

  在5G等新技術的快速普及下,數據中心已成為(wei) 數字經濟發展的關(guan) 鍵基礎設施和重要支撐,數據中心的建設規模和數量快速增長,龐大的設施體(ti) 量以及日益增長的算力需求使得傳(chuan) 統風冷技術已無法滿足數據中心日益增長的散熱需求,液冷幾乎成為(wei) 未來新型數據中心建設的“唯一選擇”。

  6月28日,中國移動董事長楊傑在上海世界移動通信大會(hui) 上指出,中國移動既是技術發展的推動者,也是產(chan) 業(ye) 合作的受益者,為(wei) 推動算力在物理空間、邏輯空間、異構空間及多主體(ti) 間融通發展,中國移動正開創性地部署算力網絡,建設新型智算中心,努力為(wei) 用戶提供方便快捷、即取即用的算力服務。

  算力需求井噴,數據中心作為(wei) 承載數據的關(guan) 鍵,為(wei) 我國數字經濟的高質量發展提供了核心驅動力,而促進數據中心的綠色低碳和可持續發展也已成為(wei) “不可逆”的大趨勢。液冷技術憑借其在製冷方麵節能降碳的突出優(you) 勢,成為(wei) 數據中心建設的重要選擇。中國移動、中國電信、中國聯通在此前發布的《電信運營商液冷技術白皮書(shu) 》(以下簡稱《白皮書(shu) 》)中倡議,業(ye) 界應攜手解決(jue) 當前液冷技術和產(chan) 品接口規範標準不夠完善、原創技術不夠成熟、產(chan) 業(ye) 生態不夠健全等係列問題。隨著我國數字經濟轉向深化應用、規範發展、普惠共享的新階段,電信運營商將逐漸成為(wei) 液冷生態的主導者、設計者、構築者,推進液冷產(chan) 業(ye) 生態逐漸成熟。

  數據中心進入“液冷時代”

  如聯想集團副總裁、中國區首席市場官王傳(chuan) 東(dong) 所言,數據中心是數據流動、接收、處理、存儲(chu) 和轉發的“中樞大腦”,傳(chuan) 統風冷技術已無法滿足數據中心日益增長的散熱需求。

  中國移動計劃建設部副總經理商亮指出,在5G等新技術的快速普及下,數據中心已成為(wei) 數字經濟發展的關(guan) 鍵基礎設施和重要支撐,在技術、政策、需求等多重力量推動下,傳(chuan) 統數據中心正加速與(yu) 網絡、雲(yun) 計算融合發展,向新型數據中心演進。

  華為(wei) 數據中心集成解決(jue) 方案首席專(zhuan) 家遲九虹強調,數據中心機架年均增速超過30%,已成為(wei) 賦能千行百業(ye) 的重要“數字底座”。

  以“東(dong) 數西算”工程正式啟動為(wei) 標誌,數據中心的建設規模和數量快速增長,龐大的設施體(ti) 量以及日益增長的算力需求,使得液冷幾乎成為(wei) 未來新型數據中心建設的“唯一選擇”。

  2008年,IBM發布液冷超級計算機Power575,液冷技術初登場。2012年,聯想發布溫水水冷技術。在今年的上海世界移動通信大會(hui) 上展示的第6代溫水水冷技術,已實現了對中央處理器、圖形處理器、內(nei) 存以及電源等關(guan) 鍵部件的全水冷散熱設計。

  雖然液冷技術已經發展了近20年,但產(chan) 業(ye) 爆發的“拐點”卻出現在最近兩(liang) 三年。我國雖然起步稍晚,但發展進程基本與(yu) 世界同步。

  2011年,中科曙光率先開始了服務器液冷技術研究;2013年推出了首台冷板式液冷服務器原理機和首台浸沒式液冷原理驗證機,2019年實現了全球首個(ge) 刀片式相變浸沒液冷技術大規模部署。

  根據賽迪顧問的預測,逐漸增長的數據中心算力將推動高功率單機櫃快速普及,預計2025年全球數據中心平均功率提升至25千瓦,液冷變革勢在必行,數據中心也將進入“液冷時代”,預計2025年中國液冷數據中心的市場滲透率將達到20%以上。

  液冷技術有多條發展路線

  數據中心是“數字經濟的發動機”,也是能耗居高不下的“電老虎”。以功率密度為(wei) 2.5千瓦的標準機架計算,機架規模在10000以上的超大型數據中心,每年的耗電量為(wei) 億(yi) 度級別,其中因散熱而消耗的電量占據了很大比例。相較於(yu) 傳(chuan) 統的風冷係統,液冷技術的出現從(cong) 根本上改善了主設備的散熱形式,更能滿足高密機櫃芯片級精確製冷,具有更節能、更節地、噪聲低等優(you) 點。

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

  冷板式液冷是指采用液體(ti) 作為(wei) 傳(chuan) 熱工質在冷板內(nei) 部流道流動,通過熱傳(chuan) 遞對熱源實現冷卻的非接觸液體(ti) 冷卻技術。在冷板式液冷係統中,服務器芯片等發熱器件不直接接觸液體(ti) ,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。浪潮信息數據中心產(chan) 品部副總經理李金波指出,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,全部發熱元件熱量直接傳(chuan) 遞給冷卻液,再通過冷卻液循環流動或蒸發冷凝相變進行散熱。其中,冷卻液循環流動的方式為(wei) 單相浸沒式液冷,冷卻液蒸發冷凝相變的方式為(wei) 相變浸沒式液冷,相變浸沒式液冷控製更複雜、要求更高。

  浸沒式液冷相對創新性較強,但驗證性不足。單向浸沒式液冷的冷卻液流速會(hui) 非常慢,相變浸沒式液冷則會(hui) 存在氣和液的承壓問題,在技術的可靠性方麵仍需要驗證。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的幹燥處理。

  噴淋式液冷則是用冷卻液直接噴淋芯片等發熱單元,通過對流換熱進行散熱,一般不需要對數據中心的基礎設施進行大幅度改動。

  液冷技術產(chan) 業(ye) 化任重道遠

  數據中心液冷市場創新極為(wei) 活躍,關(guan) 於(yu) 浸沒式、冷板式、噴淋式等多種液冷技術孰優(you) 孰劣的討論此起彼伏。雖有“路線之爭(zheng) ”,但無論選擇哪種技術路線,成本仍是橫在液冷技術普惠麵前的攔路虎,據業(ye) 界測算,目前液冷數據中心的初期建設成本比風冷要高出10%左右,需要1.5年才可實現總擁有成本與(yu) 投資回報的平衡。

  此外,《白皮書(shu) 》還指出,當前液冷技術存在生態不完善等問題。各家產(chan) 品形態各異,產(chan) 品規範化程度較低,難以標準化、規模化推廣應用。

  談及當前液冷技術產(chan) 業(ye) 化所麵臨(lin) 的挑戰,浪潮信息服務器產(chan) 品線總經理趙帥特別指出,液冷技術非常複雜,涉及液冷數據中心係統架構層、液冷部件及接口層、液冷基礎設施層(液冷機櫃、組件、換熱設備、室外集成冷源等)、液冷監控係統層等多方麵,產(chan) 業(ye) 鏈各企業(ye) 技術路徑多種多樣,產(chan) 品規格千差萬(wan) 別,想要對液冷技術進行標準化適配和部署的難度很大。

  一個(ge) 現實的問題是,液冷技術雖然誕生較早,但此前一直處於(yu) 小規模部署階段,眾(zhong) 多鏈條企業(ye) 尚依靠“作坊式生產(chan) ”的方式完成產(chan) 品及服務交付,難以形成規範化、規模化發展態勢。

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

  為(wei) 此,浪潮信息投資建設了天池液冷基地,其核心目標是打通整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈,讓液冷的生產(chan) 製造從(cong) 過去的“單兵作戰”轉變為(wei) 可批量化、可複製化、可規模化的生產(chan) 方式,最終在2025年實現“風液同價(jia) ”。如今,年產(chan) 能超10萬(wan) 台的天池液冷基地已是亞(ya) 洲最大的液冷基地,為(wei) 液冷產(chan) 業(ye) 提產(chan) 能、擴規模打造了成功的樣板。

  前有液冷製造領域的“燈塔工廠”牽引,後有電信運營商集體(ti) 入局,液冷行業(ye) 良性發展已有目標可循。按照《白皮書(shu) 》給出的三年願景:2023年開展技術驗證;2024年開展規模測試,新建項目10%規模試點液冷技術;2025年開展規模應用,50%以上項目應用液冷技術,推進形成標準統一、生態完善、成本最優(you) 、規模應用的高質量發展格局。(科技日報 記者 劉 豔)

(責編:陳濛濛)

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