液冷技术让数据中心降温又降碳

• 2023-06-30 16:54:16 来源：科技日报

科技日报记者  刘 艳

6月28日，中国移动董事长杨杰在上海世界移动通信大会上指出，中国移动既是技术发展的推动者，也是产业合作的受益者，为推动算力在物理空间、逻辑空间、异构空间及多主体间融通发展，中国移动正开创性地部署算力网络，建设新型智算中心，努力为用户提供方便快捷、即取即用的算力服务。

(资料图片仅供参考)

算力需求井喷，数据中心作为承载数据的关键，为我国数字经济的高质量发展提供了核心驱动力，而促进数据中心的绿色低碳和可持续发展也已成为“不可逆”的大趋势。液冷技术凭借其在制冷方面节能降碳的突出优势，成为数据中心建设的重要选择。中国移动、中国电信、中国联通在此前发布的《电信运营商液冷技术白皮书》（以下简称《白皮书》）中倡议，业界应携手解决当前液冷技术和产品接口规范标准不够完善、原创技术不够成熟、产业生态不够健全等系列问题。随着我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段，电信运营商将逐渐成为液冷生态的主导者、设计者、构筑者，推进液冷产业生态逐渐成熟。

数据中心进入“液冷时代”

如联想集团副总裁、中国区首席市场官王传东所言，数据中心是数据流动、接收、处理、存储和转发的“中枢大脑”，传统风冷技术已无法满足数据中心日益增长的散热需求。

中国移动计划建设部副总经理商亮指出，在5G等新技术的快速普及下，数据中心已成为数字经济发展的关键基础设施和重要支撑，在技术、政策、需求等多重力量推动下，传统数据中心正加速与网络、云计算融合发展，向新型数据中心演进。

华为数据中心集成解决方案首席专家迟九虹强调，数据中心机架年均增速超过30%，已成为赋能千行百业的重要“数字底座”。

以“东数西算”工程正式启动为标志，数据中心的建设规模和数量快速增长，庞大的设施体量以及日益增长的算力需求，使得液冷几乎成为未来新型数据中心建设的“唯一选择”。

2008年，IBM发布液冷超级计算机Power575，液冷技术初登场。2012年，联想发布温水水冷技术。在今年的上海世界移动通信大会上展示的第6代温水水冷技术，已实现了对中央处理器、图形处理器、内存以及电源等关键部件的全水冷散热设计。

虽然液冷技术已经发展了近20年，但产业爆发的“拐点”却出现在最近两三年。我国虽然起步稍晚，但发展进程基本与世界同步。

2011年，中科曙光率先开始了服务器液冷技术研究；2013年推出了首台冷板式液冷服务器原理机和首台浸没式液冷原理验证机，2019年实现了全球首个刀片式相变浸没液冷技术大规模部署。

根据赛迪顾问的预测，逐渐增长的数据中心算力将推动高功率单机柜快速普及，预计2025年全球数据中心平均功率提升至25千瓦，液冷变革势在必行，数据中心也将进入“液冷时代”，预计2025年中国液冷数据中心的市场渗透率将达到20%以上。

液冷技术有多条发展路线

数据中心是“数字经济的发动机”，也是能耗居高不下的“电老虎”。以功率密度为2.5千瓦的标准机架计算，机架规模在10000以上的超大型数据中心，每年的耗电量为亿度级别，其中因散热而消耗的电量占据了很大比例。相较于传统的风冷系统，液冷技术的出现从根本上改善了主设备的散热形式，更能满足高密机柜芯片级精确制冷，具有更节能、更节地、噪声低等优点。

按照《白皮书》的梳理，国内目前主要的液冷技术路线分别为冷板式、浸没式和喷淋式。

冷板式液冷是指采用液体作为传热工质在冷板内部流道流动，通过热传递对热源实现冷却的非接触液体冷却技术。在冷板式液冷系统中，服务器芯片等发热器件不直接接触液体，而是通过装配在需要冷却的电子元器件上的冷板进行散热。浪潮信息数据中心产品部副总经理李金波指出，冷板式液冷利用冷板中流动的冷却液进行非接触式散热，对现有服务器芯片组件及附属部件改动量小，是目前应用较早且技术成熟度较高的一种液冷散热方案。

浸没式液冷是将服务器完全浸入冷却液中，全部发热元件热量直接传递给冷却液，再通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变进行散热。其中，冷却液循环流动的方式为单相浸没式液冷，冷却液蒸发冷凝相变的方式为相变浸没式液冷，相变浸没式液冷控制更复杂、要求更高。

浸没式液冷相对创新性较强，但验证性不足。单向浸没式液冷的冷却液流速会非常慢，相变浸没式液冷则会存在气和液的承压问题，在技术的可靠性方面仍需要验证。此外，浸没式液冷使用的冷却液不导电，但仍需要对冷却液做持续的干燥处理。

喷淋式液冷则是用冷却液直接喷淋芯片等发热单元，通过对流换热进行散热，一般不需要对数据中心的基础设施进行大幅度改动。

液冷技术产业化任重道远

数据中心液冷市场创新极为活跃，关于浸没式、冷板式、喷淋式等多种液冷技术孰优孰劣的讨论此起彼伏。虽有“路线之争”，但无论选择哪种技术路线，成本仍是横在液冷技术普惠面前的拦路虎，据业界测算，目前液冷数据中心的初期建设成本比风冷要高出10%左右，需要1.5年才可实现总拥有成本与投资回报的平衡。

此外，《白皮书》还指出，当前液冷技术存在生态不完善等问题。各家产品形态各异，产品规范化程度较低，难以标准化、规模化推广应用。

谈及当前液冷技术产业化所面临的挑战，浪潮信息服务器产品线总经理赵帅特别指出，液冷技术非常复杂，涉及液冷数据中心系统架构层、液冷部件及接口层、液冷基础设施层（液冷机柜、组件、换热设备、室外集成冷源等）、液冷监控系统层等多方面，产业链各企业技术路径多种多样，产品规格千差万别，想要对液冷技术进行标准化适配和部署的难度很大。

一个现实的问题是，液冷技术虽然诞生较早，但此前一直处于小规模部署阶段，众多链条企业尚依靠“作坊式生产”的方式完成产品及服务交付，难以形成规范化、规模化发展态势。

赵帅说：“业界积极拥抱液冷，对液冷转换的条件提出了更高的要求，液冷产业化推进变得至关重要，需要具备高度资源整合能力的链主企业牵头推进，产业生态才能有序发展。”

为此，浪潮信息投资建设了天池液冷基地，其核心目标是打通整个产业链，让液冷的生产制造从过去的“单兵作战”转变为可批量化、可复制化、可规模化的生产方式，最终在2025年实现“风液同价”。如今，年产能超10万台的天池液冷基地已是亚洲最大的液冷基地，为液冷产业提产能、扩规模打造了成功的样板。

前有液冷制造领域的“灯塔工厂”牵引，后有电信运营商集体入局，液冷行业良性发展已有目标可循。按照《白皮书》给出的三年愿景：2023年开展技术验证；2024年开展规模测试，新建项目10%规模试点液冷技术；2025年开展规模应用，50%以上项目应用液冷技术，推进形成标准统一、生态完善、成本最优、规模应用的高质量发展格局。

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