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        技術知識

        算力基礎設施加速升級 液冷技術成行業布局熱點

        作者: 深圳科士達來源: ivody.com時間:2023-02-24

        當前,云計算、人工智能、大數據等新一代信息技術快速發展,傳統產業與新興技術加速融合,數字經濟蓬勃發展。算力基礎設施作為各個行業信息系統運行的算力載體,已成為經濟社會運行不可或缺的關鍵基礎設施,在數字經濟發展中扮演著至關重要的角色。

         
        數據中心作為承載算力資源的物理實體,在“雙碳”目標下,其功耗也引起各方關注。數據中心領域應用的新一代綠色技術已經外溢到整個算力基礎設施領域,如高壓直流、預制化、液冷、自然冷卻等。
         
        目前數據中心制冷仍主要以間接蒸發冷卻和氟泵空調為主。伴隨單機柜功率的不斷提升,傳統風冷系統已逐漸無法滿足散熱需求,或相應更加節能高效的散熱技術方案逐漸鋪開,液冷成為未來重要的制冷技術方向之一。
         

        數據中心節能技術需求快速增長

         

        伴隨云計算及大數據業務推動,數據量爆發式增長,大量計算能力對數據中心的單體規模及服務器承載算力提出越來越高的需求。在此背景下,單機柜功率密度不斷提升。
         
        根據Colocation America發布的數據,2020年全球數據中心單機柜平均功率達到16.5kW,較2008年增長了175%。賽迪顧問預測,隨著數據中心算力飛速提升,高功率單機柜將迅速普及,預計2025年,全球數據中心單機柜平均功率有望達到25kW。
         
        而伴隨單機柜功率的不斷提升,傳統風冷系統已逐漸無法滿足散熱需求,或相應更加節能高效的散熱技術方案逐漸鋪開。從早期的封閉冷/熱通道、機柜循環制冷、熱風抽取冷卻到背板熱交換、間接蒸發冷卻,再到液冷方案中的噴淋液冷、冷板液冷以及浸沒液冷。
         
        中國電子節能技術協會秘書長呂天文此前表示:“無論從政策角度、市場需求還是技術成熟度來講,均標志著數據中心進入‘液冷時代’。”
         
        根據Intel服務器發布的方案中,頂配2U服務器配備8個350W CPU,仍然采用風冷散熱,但當CPU達到400W時,就需要使用液冷解決方案。不過實際使用過程中仍需考慮TDP轉換率以及液冷門檻值等指標。
         
        目前,液冷服務器主要用于CPU居多的計算型的服務器中。對于異構計算方向采用專用TPU、GPU及AI芯片等分散異構計算,對散熱需求標準相對較低。此外對于存儲和網絡型服務器、路由器及交換機等效益也不大。

         

        液冷技術大規模應用需整體布局

         

        就液冷技術分類而言,根據液體冷媒和發熱源的接觸方式可分為——冷板式(間接接觸)、噴淋式(直接接觸)、浸沒式(直接接觸)。其中,浸沒式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性,成為主流趨勢。

         

        浸沒式液冷通俗理解就是將服務器完全浸沒在制冷液中,可以100%將熱量捕捉并傳導出去,可分為單相浸沒液冷技術和相變浸沒液冷技術。但直接液冷技術往往需要全新的數據中心設計方案,對IT設備進行特殊化定制和設計,成本較高,大規模應用仍有難度。

         

        噴淋式液冷在降溫過程中,存在冷卻介質遇到高溫電子部件出現飄溢問題,會影響機房及設備環境。

         

        冷板式液冷是間接液冷技術的典型方案,主要應用于高密度的數據中心領域,技術發展較早,是目前成熟度最高、應用最廣泛的液冷散熱方案。但冷板液冷在應用階段仍存在兩大問題,一是成本相較風冷仍然較高,二是存在漏液風險。

         

        目前,在各互聯網大廠應用層面均有規模使用液冷服務器,但出貨量層面仍以風冷服務器為主:

         

        阿里從2016年開始嘗試大規模部署液冷技術,圍繞浸沒式液冷深入布局,在處理器定制和服務器硬件兼容性、電氣信號完整性等一系列優化后,于2018年建成首個互聯網液冷數據中心,在2020年投產首個5A級綠色液冷數據中心,不過考慮浸沒式液冷定制化程度高、成本高,大規模應用仍相對滯后。

         

        百度在2021年面向冷板液冷發布《天蝎4.0液冷整機柜開放標準》,積極推動冷板液冷方案。

         

        京東整機柜液冷技術已經在2021年規模投入其“雙11”機房中。利用該技術,可以實現芯片級液體直接冷卻,將室外冷源(水或氟化物)直接注入服務器主板芯片進行冷卻,實現系統去冷機化。

         

        推廣液冷技術應用落地正當時    

         
        如今隨著液冷技術的成熟、大量案例的成功、芯片功耗的提高、國家對PUE的指標要求日趨嚴苛,推廣液冷技術應用落地正當時。

         

        液冷服務器生態初步形成,大多以間接冷板為主。目前國內液冷服務器廠商主要包括華為、曙光、神威藍光、浪潮等,海外液冷服務器廠商包括戴爾、惠普、思科、SGI、BULL、Cray、超微、Nortech(浪潮合作)、Iceotop等。

         

        浸沒式液冷考慮其對服務器主板等技術革新需求以及下游廠商機房業務部署的差異性,規?;l展仍需要時間。需要關注的節點包括大規模應用帶來的GPU功耗上升或者異構架構下算力快速增長對液冷提出新需求;在需求推動下,互聯網大廠的服務器迭代周期以及新的功耗體系下對液冷方案的規模成本達到可大規模應用的程度。

         

        在“東數西算”和“雙碳”目標下,以綠色節能為中心,數據中心領域出現新需求,推動包括散熱、制冷、節能技術的發展,有機會進一步形成新產業鏈。綠色發展機遇開始顯現,但很顯然,數據中心“綠色化”概念,并非個體的單打獨斗,而是整個生態系統的孵化。

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