東數(shù)西算 | 超算平臺(tái)| 冷板式液冷

深度學(xué)習(xí) | 數(shù)據(jù)中心| 高性能計(jì)算

在“雙碳”目標(biāo)和“東數(shù)西算”工程的推動(dòng)下，液冷、深度學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、多樣化計(jì)算等技術(shù)前景廣闊。數(shù)據(jù)中心、超算平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施可按照不同的冷卻方法進(jìn)行劃分風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。目前，液冷技術(shù)以其穩(wěn)定性高、散熱效率高等優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。在“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的背景下，液冷技術(shù)的市場(chǎng)需求十分廣闊。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)計(jì)，到2025年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到245.3億元。液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施又可分為冷板式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和浸沒(méi)式液冷式數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施冷卻數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。

東數(shù)西算布局的整體規(guī)劃

東數(shù)西算有跡可循，“東數(shù)西算”工程可以認(rèn)為是5G新基建工程的衍生。在國(guó)家層面，2019年3月的政府工作報(bào)告中引入“新基建”概念，明確提出加強(qiáng)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在“新基建”的引領(lǐng)下，2020年“東數(shù)西算”的概念初具雛形。近年來(lái)，“東數(shù)西算”詞頻不斷提升，“建設(shè)全國(guó)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)等核心內(nèi)容”也密集地出現(xiàn)在國(guó)家發(fā)改委、工信部、中央網(wǎng)信辦、能源局印發(fā)的文件中。2021年5月，國(guó)家發(fā)改委等四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，標(biāo)志著“東數(shù)西算”工程正式啟動(dòng)。

一、建設(shè)八大樞紐十大集群

“東數(shù)西算”在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏建設(shè)8個(gè)算力樞紐。在八個(gè)算力樞紐中，東數(shù)西算工程共規(guī)劃10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群，依托八個(gè)樞紐十個(gè)集群，有利于集中政策和資源，更好地引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心集約化、規(guī)模化、綠色化發(fā)展。每個(gè)集群是一片物理連續(xù)的行政區(qū)域，具體承載算力樞紐內(nèi)的大型、超大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

二、八大樞紐推動(dòng)全國(guó)數(shù)據(jù)中心適度集聚、集約發(fā)展

現(xiàn)有八大樞紐節(jié)點(diǎn)分為兩類，一類是以京津冀為代表的東部地區(qū)，用戶量大，應(yīng)用需求強(qiáng)，原則上不超過(guò)2個(gè)數(shù)據(jù)中心集群被建造。重點(diǎn)協(xié)調(diào)城市內(nèi)外區(qū)域數(shù)據(jù)中心布局，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模算力部署和土地、用能、水、電等資源的協(xié)調(diào)可持續(xù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心攻擊結(jié)構(gòu)，拓展算力增長(zhǎng)空間，滿足重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的需要；另一種以貴州、內(nèi)蒙為代表的西部地區(qū)可再生能源資源豐富，綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展?jié)摿薮笾μ嵘?wù)質(zhì)量和利用效率，充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)保障，積極承接全國(guó)范圍需后臺(tái)加工、離線分析、儲(chǔ)存?zhèn)浞莘菍?shí)時(shí)算力需求，打造面向全國(guó)的非實(shí)時(shí)性算力保障基地。

三、十大集群旨在保障底層資源，優(yōu)化計(jì)算效率

在八個(gè)算力樞紐內(nèi)，東數(shù)西算工程在全國(guó)規(guī)劃共計(jì)10個(gè)數(shù)據(jù)中心集群。每個(gè)集群都是一片物理連續(xù)的行政區(qū)域，具體承載算力樞紐內(nèi)的大型、超大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)。兩類集群對(duì)數(shù)據(jù)中心PUE要求都比較嚴(yán)格，同時(shí)對(duì)機(jī)架層面的要求也很高，體現(xiàn)了政策調(diào)控供給集約化的綠色發(fā)展導(dǎo)向，避免資源浪費(fèi)。

四、各區(qū)域要求體現(xiàn)差異化定位，承托數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展

各地緊抓“東數(shù)西算”的戰(zhàn)略機(jī)遇，結(jié)合市場(chǎng)需求和自身區(qū)域特點(diǎn)，實(shí)施各項(xiàng)創(chuàng)新舉措。在東部地區(qū)，“北上廣”聚焦算力，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃、智能調(diào)度和多元化供給；在西部地區(qū)，充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)保障。

1、內(nèi)蒙古呼和浩特

培育以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為特色的電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群，實(shí)施高性能計(jì)算機(jī)算力翻番計(jì)劃，先后建成4個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)最高性能運(yùn)算總能力和規(guī)模位居全國(guó)前列。

2、寧夏中衛(wèi)

積極構(gòu)建完整的“云生態(tài)”，著力打造以東數(shù)西移、東數(shù)西儲(chǔ)、東數(shù)西算、信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展和區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展為重點(diǎn)的西部云基地，積極開(kāi)展東方算力服務(wù)，建設(shè)國(guó)家“東數(shù)西算”示范基地。

3、甘肅省

充分利用本地能源和算力資源，定向承接上海、深圳等地的算力需求，在西北建設(shè)一批人工智能數(shù)據(jù)中心和人工智能數(shù)據(jù)治理基地，構(gòu)建算力精準(zhǔn)對(duì)接機(jī)制和算力資源共享通道。

4、成渝地區(qū)

定位國(guó)家超算中心，建設(shè)成渝綜合科學(xué)中心（興隆湖）和西部科學(xué)城（成都），強(qiáng)化天府新區(qū)創(chuàng)新源頭功能。

5、北京市

將加強(qiáng)算力算法平臺(tái)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造高水平自動(dòng)駕駛全場(chǎng)景運(yùn)營(yíng)等20個(gè)重大應(yīng)用場(chǎng)景，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)標(biāo)桿城市。

6、上海市

以提供普惠算力資源、支撐國(guó)產(chǎn)算法框架、建設(shè)算法孵化平臺(tái)、創(chuàng)新數(shù)據(jù)應(yīng)用模式為目標(biāo)，試點(diǎn)打造全國(guó)首個(gè)人工智能公共算力服務(wù)平臺(tái)。

7、貴州省

實(shí)施數(shù)字產(chǎn)業(yè)重大突破，打造數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)“五區(qū)”，包括承接“貴州-粵港澳”、“貴州-長(zhǎng)三角”兩線算力需求的“引領(lǐng)區(qū)”；推動(dòng)數(shù)據(jù)資源匯聚、流通交易，打造數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈，培育超大規(guī)模數(shù)據(jù)要素市場(chǎng)“先行區(qū)”；建設(shè)決策大腦、行業(yè)大腦、城市大腦“示范區(qū)”。推廣安全產(chǎn)品和防范機(jī)制，建設(shè)大數(shù)據(jù)中心集群多副本中心和“備份區(qū)”的戰(zhàn)略安全基地；連接成渝及灣區(qū)，建設(shè)西部數(shù)據(jù)中心走廊，打造連接西部陸海通道中心的“核心區(qū)”。

8、廣東省

建設(shè)先進(jìn)算力集群，統(tǒng)籌全省算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)布局。

整體來(lái)看，近幾年?yáng)|部地區(qū)的投資節(jié)奏將會(huì)快于西部，數(shù)據(jù)中心的投資節(jié)奏將會(huì)快于云網(wǎng)投資。項(xiàng)目整體過(guò)程中看中強(qiáng)化東西部算力樞紐，集群內(nèi)部和集群之間的統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)，推動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的算力網(wǎng)協(xié)同布局。

東數(shù)西算帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

一、東數(shù)西算產(chǎn)業(yè)鏈分析

“東數(shù)西算”項(xiàng)目打通多條產(chǎn)業(yè)鏈，帶來(lái)巨大效益。從產(chǎn)業(yè)鏈分類來(lái)看，“東數(shù)西算”工程設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的上游是數(shù)據(jù)中心和算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供商，中游包括云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，下游為算力服務(wù)的使用方。

二、東數(shù)西算帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)鏈

1、數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈充分收益“東數(shù)西算”工程

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)從上至下有望充分受益“東數(shù)西算”工程。數(shù)據(jù)中心是在網(wǎng)絡(luò)上用于傳遞、加速、顯示、計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的物理場(chǎng)所，主要用于對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)有大量需求的組織。完整的數(shù)據(jù)中心由IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施組成。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施是支持?jǐn)?shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的各種系統(tǒng)的統(tǒng)稱，包括制冷、配電、機(jī)柜、布線、監(jiān)控等系統(tǒng)。

2、算力網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈為“東數(shù)西算”工程提出基礎(chǔ)保障

“東數(shù)西算”涉及的產(chǎn)業(yè)鏈不僅僅局限于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)。從算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成來(lái)看，可以拆解為三層：算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層、編排管理層、服務(wù)運(yùn)營(yíng)層。算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心來(lái)保障算力供應(yīng)，也需要高效的算力優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行算力管理。

3、“東數(shù)西算”工程驅(qū)動(dòng)光通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展

“東數(shù)西算”項(xiàng)目推動(dòng)了光通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，有效解決了時(shí)延問(wèn)題，提高了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。數(shù)據(jù)互聯(lián)依賴于光通信，而光通信網(wǎng)絡(luò)是算力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。在“東算西算”工程背景下，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)算力均衡分配的前提。為了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿鞑康貐^(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)，前提是在數(shù)據(jù)中心之間建立高速網(wǎng)絡(luò)通道，這將帶動(dòng)西部地區(qū)日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。根據(jù)光通信器件的各種物理形態(tài)，產(chǎn)業(yè)鏈可分為光組件、光芯片、光器件、光模塊和光通信設(shè)備。光模塊在“東數(shù)西算”項(xiàng)目中執(zhí)行信號(hào)轉(zhuǎn)換任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)調(diào)制、檢測(cè)、光路轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換等功能。

三、東數(shù)西算拉動(dòng)的行業(yè)需求

1、科技、綠色雙主線，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)共發(fā)展

“東數(shù)西算”具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙重意義。圍繞“科技”和“綠色”兩條主線展開(kāi)。“科技”主線對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中心等產(chǎn)業(yè)鏈核心硬件設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代，“綠色”主線對(duì)應(yīng)綠色降碳，液冷分布式供電、模塊化機(jī)房、可再生能源等綠色先進(jìn)的節(jié)能減碳技術(shù)。

2、科技主線東數(shù)西算建設(shè)拉動(dòng)服務(wù)器采購(gòu)需求

服務(wù)器約占數(shù)據(jù)中心硬件成本的70%，是數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的重要組成部分。服務(wù)器作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的算力基礎(chǔ)設(shè)施，受益于我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)服務(wù)器出貨量整體保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)服務(wù)器市場(chǎng)出貨量350萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)9.8%。東數(shù)西算規(guī)劃10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群，持續(xù)建設(shè)將刺激服務(wù)器采購(gòu)需求。

為何液冷數(shù)據(jù)中心如此重要

全球單機(jī)柜功率正在上升，在“雙碳”政策的支持下，風(fēng)冷器換液冷器已成大勢(shì)所趨。2021年11月，國(guó)家發(fā)改委表示，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE降至1.3以下，全國(guó)樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降至1.25以下。隨著芯片技術(shù)的進(jìn)步，服務(wù)器的計(jì)算能力飛速發(fā)展，建設(shè)高密度、高能耗的大型數(shù)據(jù)中心成為平衡算力和環(huán)保規(guī)定的必然選擇。制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在高密度數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行中，傳統(tǒng)風(fēng)冷面臨散熱不足、能耗嚴(yán)重的問(wèn)題。液冷技術(shù)成為數(shù)據(jù)中心降低PUE的最優(yōu)方案，15kW/機(jī)柜以上更經(jīng)濟(jì)。目前的液冷技術(shù)主要分為冷板式和浸入式，其中浸入式液冷可將數(shù)據(jù)中心PUE降至1.2以下。除了更高的能源利用率，液冷技術(shù)在降噪、空間利用率和地理環(huán)境等方面也有更好的表現(xiàn)。隨著液冷相關(guān)技術(shù)的日趨成熟，國(guó)內(nèi)外許多公司開(kāi)始為客戶提供定制化的液冷技術(shù)解決方案，一些科技公司也逐步建設(shè)和部署了自己的液冷數(shù)據(jù)中心。

在國(guó)家工程“東數(shù)西算”背景下，預(yù)計(jì)2025年液冷基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模將達(dá)到245億元，新型算力基礎(chǔ)設(shè)施綠色建設(shè)將逐步提速。根據(jù)《2021-2022年度中國(guó)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品市場(chǎng)總體報(bào)告》，2021 年我國(guó)單機(jī)柜功率在 10kW 以上的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模增速超過(guò) 10%，其中 30kW 以上增速達(dá) 31%。隨著超高密度數(shù)據(jù)中心的建設(shè)節(jié)奏加快，傳統(tǒng)風(fēng)冷已無(wú)法滿足高性價(jià)比、低 PUE 的需求，因此液冷技術(shù)成為未來(lái)建設(shè)數(shù)據(jù)中心的主要路徑。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由 2019 年的 64.7 億元增至 2025 年的 245.3 億元。由于浸沒(méi)式液冷具備制冷效率更高等特點(diǎn)，預(yù)計(jì)占比由 2019 年的 18%升至 2025 年的 41%。逐漸增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心算力將推動(dòng)高功率單機(jī)柜快速普及，預(yù)計(jì) 2025 年全球數(shù)據(jù)中心平均功率提升至 25kW。

一、政策背景：國(guó)家政策指導(dǎo)全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均 PUE 降到 1.3 以下、樞紐節(jié)點(diǎn)降到 1.25 以下

世界主要國(guó)家紛紛承諾到2050年完成碳中和計(jì)劃，數(shù)據(jù)中心綠色低碳政策相繼出臺(tái)實(shí)施。政府間氣候變化委員會(huì)于2018年10月8日發(fā)布報(bào)告，提出將全球變暖限制在1.5℃，需要加快土地、能源和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，在2050年前后實(shí)現(xiàn)“凈零”排放。切實(shí)到各國(guó)的數(shù)據(jù)中心的低碳政策，美國(guó)政府采取DCOI數(shù)據(jù)中心優(yōu)化倡議整合關(guān)閉數(shù)據(jù)中心、制定數(shù)據(jù)中心PUE和服務(wù)器利用率的具體標(biāo)準(zhǔn)等措施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心PUE平均2 .0以上下降到在近一半的大型數(shù)據(jù)中心下降到 1.5 甚至低于 1.4。新加坡發(fā)布的《綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)路線圖》提出了冷卻設(shè)備效率提升、IT設(shè)備溫濕度容忍度、數(shù)據(jù)中心資源調(diào)度、負(fù)載分配和優(yōu)化能力整合等建議。歐盟通過(guò)《2020年歐盟數(shù)據(jù)中心能效行為準(zhǔn)則最佳實(shí)踐指南》和《歐洲數(shù)據(jù)中心能效狀況白皮書(shū)》，對(duì)PUE、SUE和DCiE數(shù)據(jù)中心等綠色指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

全球主要國(guó)家承諾于2050年及之前完成國(guó)家層面的碳中和計(jì)劃

為促進(jìn)行業(yè)規(guī)范化和快速發(fā)展，工信部等部門(mén)相繼出臺(tái)了數(shù)據(jù)中心指導(dǎo)政策。2021年11月，國(guó)家發(fā)改委、網(wǎng)信辦、工信部、能源局聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動(dòng)數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》指出堅(jiān)持集約化、綠色化、智能化建設(shè)，加快節(jié)能低碳技術(shù)研發(fā)推廣，支持技術(shù)創(chuàng)新和創(chuàng)新模式。全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均用電效率降至1.3以下，全國(guó)中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降至1.25以下，綠色低碳水平達(dá)到4A以上。

2021年11月國(guó)家發(fā)改委指出全國(guó)新建大型數(shù)據(jù)中心及以上PUE降到1.3以下

二、液冷技術(shù)在散熱效率、適用功率等方面優(yōu)于風(fēng)冷

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施是支撐數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的各種系統(tǒng)的總稱，包括制冷、配電、機(jī)柜、布線、監(jiān)控等系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)中心的組成部分之一。數(shù)據(jù)中心是在網(wǎng)絡(luò)上用于傳輸、加速、顯示、計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的物理場(chǎng)所，主要用于對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)有大量需求的組織。

一個(gè)完整的數(shù)據(jù)中心由IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施共同構(gòu)成

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)冷卻方式不同可分為風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。風(fēng)冷方式起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟；液冷方式是近幾年因數(shù)據(jù)中心散熱需求提升而出現(xiàn)的一種新方式，技術(shù)尚處于發(fā)展階段。液冷方式分為冷板液冷和浸沒(méi)式液冷，浸沒(méi)式液冷方式又可分為相變浸沒(méi)式液冷和非相變浸沒(méi)式液冷。

數(shù)據(jù)中心技術(shù)設(shè)施分為風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施

冷板式液冷為間接接觸型，浸沒(méi)式液冷為直接接觸型。風(fēng)冷是一種以空氣為冷媒，通過(guò)空氣與發(fā)熱部件接觸進(jìn)行熱量交換，從而實(shí)現(xiàn)散熱的冷卻方式。液冷是以液體作為冷媒的冷卻方式，利用液體將數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備內(nèi)部部件產(chǎn)生的熱量傳遞到設(shè)備外部，從而對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行降溫的一種冷卻方式。其中，冷板液冷是間接接觸型液冷，將冷板固定在散熱物體上，液體在冷板內(nèi)流動(dòng)傳遞設(shè)備的熱量，實(shí)現(xiàn)散熱。浸沒(méi)式液冷是直接接觸式液冷的一種，將服務(wù)器等有散熱要求的IT設(shè)備完全浸沒(méi)在冷卻液中，通過(guò)液體的循環(huán)或相變進(jìn)行冷卻。

藍(lán)海大腦液冷服務(wù)器系統(tǒng)突破傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱模式，采用風(fēng)冷和液冷混合散熱模式——服務(wù)器內(nèi)主要熱源 CPU 利用液冷冷板進(jìn)行冷卻，其余熱源仍采用風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻。通過(guò)這種混合制冷方式，可大幅提升服務(wù)器散熱效率，同時(shí)，降低主要熱源 CPU 散熱所耗電能，并增強(qiáng)服務(wù)器可靠性。經(jīng)檢測(cè)，采用液冷服務(wù)器配套基礎(chǔ)設(shè)施解決方案的數(shù)據(jù)中心年均 PUE 值可降低至 1.2 以下。

浸入式液冷可將數(shù)據(jù)中心PUE降至1.2以下，優(yōu)于風(fēng)冷和冷板式液冷。與不同的冷卻方式相比，浸沒(méi)式液冷冷卻液和發(fā)熱設(shè)備充分接觸，散熱效率更高，可將數(shù)據(jù)中心的PUE降至1.2以下，運(yùn)行更穩(wěn)定。同時(shí)，由于沒(méi)有風(fēng)扇，噪音更低，符合國(guó)家發(fā)改委對(duì)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的政策指導(dǎo)目標(biāo)，是未來(lái)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展方向。

浸沒(méi)式液冷是一種直接接觸型液冷

兩相浸沒(méi)式液冷的能耗低于單相浸沒(méi)式液冷。數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)的能耗主要是由水泵和室外冷卻設(shè)備驅(qū)動(dòng)液體循環(huán)產(chǎn)生的，根據(jù)冷卻液熱交換過(guò)程中是否發(fā)生相變，可分為單相浸入液冷卻和兩相浸入液冷。其中，兩相浸沒(méi)式液冷的循環(huán)是被動(dòng)的，因此兩相浸沒(méi)式液冷的能耗普遍低于單相浸沒(méi)式液冷。由于浸沒(méi)式液冷的室外側(cè)通常是高溫水，其室外冷卻設(shè)備往往可以使用自然冷源，不受場(chǎng)地面積的限制，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

單相浸沒(méi)式液冷具有一、二次側(cè)冷媒

三、液冷技術(shù)商用條件逐漸成熟，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐案例不斷增多

隨著液冷相關(guān)技術(shù)的日趨成熟，國(guó)內(nèi)外許多公司開(kāi)始為客戶提供針對(duì)不同散熱需求的液冷技術(shù)解決方案，部分科技公司也將基于液冷技術(shù)的冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

阿里云作為中國(guó)領(lǐng)先的云服務(wù)提供商，是最早探索和實(shí)踐大規(guī)模液冷解決方案的科技公司之一。2020年1月，阿里云宣布面向全社會(huì)開(kāi)放“浸沒(méi)液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)規(guī)范”， 2020年9月，仁和數(shù)據(jù)中心開(kāi)服，采用服務(wù)器全浸沒(méi)液冷等多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)與建造，PUE低至1.09，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心每年可節(jié)電3000萬(wàn)度，該數(shù)據(jù)中心成為我國(guó)首座綠色等級(jí)達(dá)到 5A 級(jí)的液冷數(shù)據(jù)中心；2021年12月，阿里云發(fā)布磐久系列液冷Immersion DC 1000一體機(jī)，整體能耗可降低34.6%。

中科曙光面向人工智能、大數(shù)據(jù)等多種應(yīng)用場(chǎng)景，推出硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)。硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)采用創(chuàng)新的浸沒(méi)液冷技術(shù)，PUE低至1.04，節(jié)能效果顯著。硅立方將包括服務(wù)器芯片和主板在內(nèi)的所有計(jì)算部件浸沒(méi)于液態(tài)冷媒中，通過(guò)相變熱將組件產(chǎn)生的熱量傳出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效散熱。同時(shí)，單個(gè)硅立方機(jī)柜的功率密度可達(dá)160kW，是傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心的4-5倍，能效比提升30%。

為更好地捕捉局強(qiáng)對(duì)流天氣，滿足3D播放所增加的27倍算力需求，馬來(lái)西亞氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心配備了聯(lián)想冷板式液冷設(shè)備。在這個(gè)系統(tǒng)中，水被送入服務(wù)器的冷板，在組件周圍循環(huán)，然后從冷板吸收熱量并進(jìn)入冷源進(jìn)行冷卻。據(jù)測(cè)算，馬來(lái)西亞氣象局實(shí)施液冷系統(tǒng)后，散熱效果達(dá)到90%，大大有助于提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

Facebook在新加坡的潮濕天氣創(chuàng)建了 Facebook 新加坡亞洲數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心采用StatePoint Liquid Cooling液冷系統(tǒng)，利用水來(lái)降溫，最多可減少20%的用水量。Facebook 還計(jì)劃使用所有可持續(xù)能源為整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電。

在浸沒(méi)式液冷方案的供給端，國(guó)內(nèi)外均有企業(yè)在積極布局。例如，總部位于美國(guó)的Green Revolution Cooling，主要為數(shù)據(jù)中心提供單相浸沒(méi)式液冷解決方案，為高性能計(jì)算、邊緣數(shù)據(jù)中心、區(qū)塊鏈等場(chǎng)景提供一站式完整的冷卻和電力基礎(chǔ)設(shè)施。

四、液冷數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)是什么？

1、更高的能源利用率

由于液體具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，導(dǎo)熱更快，吸熱更有效，可以保證CPU在特定范圍內(nèi)超頻時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱故障，有效提高服務(wù)器的適用效率和穩(wěn)定性。

2、空間利用率更高

液冷數(shù)據(jù)中心節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，無(wú)需安裝冷熱通道關(guān)閉設(shè)施，也不需要架空地板，節(jié)省了大量空間，使其成為更易于管理以單位空間的服務(wù)器，提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算效率。因此，液冷技術(shù)比傳統(tǒng)的冷卻方式具有更高的空間利用率。

3、能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降噪

液冷技術(shù)省去了空調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施，只增加了循環(huán)泵，節(jié)省了建設(shè)成本。因此，采用液冷技術(shù)可以為數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪。

4、無(wú)視海拔高度和地域差異，余熱同時(shí)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值

由于液體的比熱容不受海拔高度和氣壓的影響，可以保持較高的散熱效率，從而保證運(yùn)行高度數(shù)據(jù)中心的效率和性能。余熱可以以液體為載體，通過(guò)熱交換接入樓宇供暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足當(dāng)?shù)鼐用竦牟膳凸崴枨螅瑸閿?shù)據(jù)中心創(chuàng)造附加價(jià)值。

浸沒(méi)式液冷無(wú)需氣流，可實(shí)現(xiàn)更高密度的空間布局，不受外部環(huán)境限制

隨著芯片技術(shù)與工藝的進(jìn)步，服務(wù)器計(jì)算能力增長(zhǎng)快速，但總體功耗也隨之提升。預(yù)計(jì)到 2025 年，數(shù)據(jù)中心的 x86 CPU 芯片 TDP 提升至 350W 左右，ARM CPU 芯片的 TDP 提升至 600W 左右，而用于人工智能計(jì)算的 NPU/GPU 芯片會(huì)提升到 750W 左右。同時(shí)期對(duì)應(yīng)的典型服務(wù)器 (2U 高度 2 路處理器 )功率也持續(xù)演進(jìn)，x86 CPU 服務(wù)器會(huì)提升到 725W 左右，ARM CPU 服務(wù)器提升至 1000W 左右，用于人工智能計(jì)算的 NPU/GPU 服務(wù)器會(huì)提升到 1500W 左右。基于這些預(yù)測(cè)，2025 年主流機(jī)柜功率預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到 12~15kW/柜，未來(lái)會(huì)繼續(xù)增加到 25kW-50kW/柜，甚至更高在此背景下，我們認(rèn)為數(shù)據(jù)中心散熱“革命”勢(shì)在必行。

五、市場(chǎng)空間：預(yù)計(jì) 2025 年我國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 245.3 億元

數(shù)據(jù)中心是促進(jìn) 5G、人工智能、云計(jì)算等新一代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中樞和算力載體，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與未來(lái)發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。隨著 5G 時(shí)代的到來(lái)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心行業(yè)將迎來(lái)較大機(jī)遇。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)入高峰期，新建數(shù)據(jù)中心數(shù)量快速增長(zhǎng)，功率密度逐年上升。

“雙碳”目標(biāo)既定，液冷技術(shù)市場(chǎng)需求廣闊。在“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)背景下，計(jì)劃到 2025 年，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均 PUE 降到 1.3 以下。預(yù)計(jì) 2025 年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模可達(dá) 245.3 億元。近年來(lái)，隨著液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)設(shè)施商業(yè)化進(jìn)程加快，以及市場(chǎng)需求高漲，液冷數(shù)據(jù)中心及基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模將保持持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將由 2019 年的 260.9 億元增長(zhǎng)至 2025 年的 1283.2 億元，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模將由 2019 年的 64.7 億元增長(zhǎng)至 2025 年的 245.3 億元。

六、發(fā)展趨勢(shì)：市場(chǎng)接受度不斷提高，預(yù)制化、智能化、低碳化為未來(lái)發(fā)展方向

液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)接受度不斷提高。伴隨著液冷數(shù)據(jù)中心及其基礎(chǔ)設(shè)施的逐步大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，以及液冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)和傳統(tǒng)觀念的改變，液冷數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)接受度將不斷提高，技術(shù)設(shè)施普及速度加快。

液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)和性能不斷優(yōu)化。一方面，近幾年國(guó)家政策支持液冷先進(jìn)數(shù)據(jù)中心技術(shù)發(fā)展，各項(xiàng)文件鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)展新興數(shù)據(jù)中心預(yù)制化、液冷等設(shè)施層技術(shù)開(kāi)發(fā)，另一方面，液冷基礎(chǔ)設(shè)施將不斷向預(yù)制化、智能化、低碳化方向發(fā)展。

液冷基礎(chǔ)設(shè)施將不斷向預(yù)制化、智能化、低碳化方向發(fā)展

總結(jié)

隨著“東數(shù)西算”政策的出臺(tái)，建設(shè)數(shù)據(jù)中心成為了當(dāng)今社會(huì)的潮流。數(shù)據(jù)中心和液冷服務(wù)器之間存在著緊密的關(guān)系。液冷服務(wù)器是一種使用液體冷卻技術(shù)的服務(wù)器，它們通常被用于高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理等需要大量計(jì)算資源的任務(wù)。數(shù)據(jù)中心是用于存儲(chǔ)、處理和管理大量數(shù)據(jù)的設(shè)施，通常由許多服務(wù)器組成。

液冷技術(shù)可以在減少服務(wù)器的能耗和延長(zhǎng)硬件壽命方面發(fā)揮作用，使得數(shù)據(jù)中心更加高效和節(jié)能。在液冷系統(tǒng)中，通過(guò)將液體循環(huán)運(yùn)輸?shù)椒?wù)器的熱點(diǎn)部件上，可以有效地降低服務(wù)器的溫度。這有助于減少機(jī)器故障和降低能源成本。此外，液冷服務(wù)器的緊湊設(shè)計(jì)可以使得數(shù)據(jù)中心占用更少的空間，從而節(jié)省資金和資源。

因此，液冷技術(shù)是數(shù)據(jù)中心優(yōu)化的一個(gè)重要方向，也是未來(lái)數(shù)據(jù)中心技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。液冷服務(wù)器的應(yīng)用可以幫助企業(yè)和機(jī)構(gòu)提高數(shù)據(jù)中心的效率，降低能源成本，從而更好地應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)處理方面的挑戰(zhàn)。

審核編輯黃宇