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今年7月，工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》提出：“鼓勵(lì)應(yīng)用高密度集成等高效IT設(shè)備、液冷等高效制冷系統(tǒng)、高壓直流等高效供配電系統(tǒng)、能效環(huán)境集成檢測(cè)等高效輔助系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品”。

12月，發(fā)改委等四部門發(fā)布的《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》表示“鼓勵(lì)使用高效環(huán)保制冷技術(shù)降低能耗。支持?jǐn)?shù)據(jù)中心采用新型機(jī)房精密空調(diào)、液冷、機(jī)柜式模塊化、余熱綜合利用等方式建設(shè)數(shù)據(jù)中心。

液冷是指使用液體作為冷媒，為發(fā)熱部件進(jìn)行換熱，帶走熱量的技術(shù)?？捎美涿桨ㄋ?、礦物油、電子氟化液等。相較于空氣作為冷媒，液冷具有散熱效率更高，耗電量更低等優(yōu)勢(shì)，最早在航天、大型計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有應(yīng)用。

20世紀(jì)后期至今，風(fēng)冷憑借成本低、部署簡單等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為數(shù)據(jù)中心普遍的冷卻方式。

然而隨著信息技術(shù)發(fā)展，受5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等應(yīng)用的拉動(dòng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算需求大幅提升，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器單機(jī)柜密度越來越高，風(fēng)冷的散熱、能耗問題成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展瓶頸。液冷再度受到青睞，眾多企業(yè)展開液冷在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的研發(fā)，形成多種部署方式和產(chǎn)品。

目前我國數(shù)據(jù)中心液冷有哪些部署方式，應(yīng)用情況如何？本文帶你來看看。

冷板式液冷

冷板式液冷是一種間接冷卻方式。

在冷板式液冷系統(tǒng)中，液體不直接接觸發(fā)熱的器件如服務(wù)器，而是通過裝有液體的冷板導(dǎo)熱，然后通過液體循環(huán)帶走熱量。冷板通常采用導(dǎo)熱性良好的金屬如銅、鋁等制成，內(nèi)盛液體。

整個(gè)冷板式液冷系統(tǒng)可以分為兩部分：室外側(cè)循環(huán)和室內(nèi)側(cè)循環(huán)，其中室內(nèi)側(cè)循環(huán)熱量轉(zhuǎn)移主要是通過冷卻液溫度的升降實(shí)現(xiàn)，室外側(cè)循環(huán)的熱量轉(zhuǎn)移主要通過水溫的升降實(shí)現(xiàn)。

典型產(chǎn)品與應(yīng)用

在國內(nèi)，中科曙光于2012年開始服務(wù)器液冷探索，是國內(nèi)最早開始液冷技術(shù)研究的企業(yè)。


TC4600E-LP

2015年，國內(nèi)首款標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)的冷板式液冷服務(wù)器——TC4600E-LP由曙光推出。該服務(wù)器是風(fēng)冷和液冷混合散熱模式，液冷散熱比可提高至90%以上，采用集成管理模塊設(shè)計(jì)，在整箱刀片式液冷服務(wù)器中的CPU芯片和內(nèi)存上安裝固定水冷板，冷媒通過進(jìn)出口循環(huán)流動(dòng)。

同年，中科院大氣物理研究所的“地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)”率先使用冷板式液冷服務(wù)器，大大提高散熱效率，也成為國內(nèi)液冷服務(wù)器大規(guī)模使用的第一個(gè)公開案例。2017年，該系統(tǒng)上榜當(dāng)年全球高性能計(jì)算機(jī)（HPC）TOP500榜單。

發(fā)展現(xiàn)狀

冷板式液冷技術(shù)，服務(wù)器等發(fā)熱期間不用直接接觸液體，所以不需要對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備進(jìn)行重新改造，可操作性更強(qiáng)，因此是我國最早采用的液冷方式，成熟度較高，應(yīng)用較廣泛。

目前，聯(lián)想、浪潮、新華三等IT基礎(chǔ)設(shè)施企業(yè)都推出了冷板式液冷的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，百度、騰訊、美團(tuán)等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也對(duì)冷板式液冷進(jìn)行技術(shù)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，在冷板式液冷產(chǎn)業(yè)內(nèi)形成了強(qiáng)勁的帶動(dòng)作用。

浸沒式液冷

浸沒式液冷為直接冷卻，將發(fā)熱器件完全浸沒在冷卻液中，發(fā)熱器件與液體直接接觸，并進(jìn)行熱交換。由于直接接觸，所以浸沒式的散熱效率較冷板式高，可支持更高功率密度的IT部署，提升能源使用效率。

按照熱交換過程中冷卻液是否存在相態(tài)變化，液冷可分為單相液冷和相變液冷兩類。前者的冷卻液在循環(huán)散熱過程中始終維持液態(tài)，后者冷卻液吸收熱量后沸騰形成氣體，冷凝降溫后重新變?yōu)橐簯B(tài)。

浸沒式液冷系統(tǒng)一般分為浸沒腔體子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、室外冷源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)四部分。

典型產(chǎn)品與應(yīng)用情況

自2015年起，阿里巴巴對(duì)液冷技術(shù)和方案展開研究、探索，自主研發(fā)了浸沒式液冷服務(wù)器——服務(wù)器整體浸泡在絕緣、無腐蝕性的冷卻液中，可以把服務(wù)器中CPU、內(nèi)存條、芯片組、擴(kuò)展卡等電子器件在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量均通過冷熱交換帶走。由于箱體密封，可保護(hù)IT設(shè)備免于外界環(huán)境的影響，極大提高設(shè)備可靠性。


阿里云在IDCC大會(huì)現(xiàn)場展示的液冷模塊

2020年，全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心——阿里仁和數(shù)據(jù)中心投入運(yùn)營。浸沒式液冷的使用大大降低了冷卻能耗，該數(shù)據(jù)中心PUE只有1.09，一年可以節(jié)省上千萬度電。

發(fā)展現(xiàn)狀

為了與浸沒式液冷系統(tǒng)兼容，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控乃至整體設(shè)計(jì)均需作出改變，成本較高，因此大規(guī)模應(yīng)用尚屬少數(shù)。

目前，浪潮、網(wǎng)宿科技、英偉達(dá)、3M等企業(yè)也已在自身領(lǐng)域開展了浸沒式液冷研發(fā)，并推出相關(guān)產(chǎn)品。

阿里云除在自身數(shù)據(jù)中心對(duì)浸沒式液冷進(jìn)行規(guī)?；渴鹜?，也已開啟對(duì)外商業(yè)化輸出的腳步。在剛剛結(jié)束的第十六屆中國IDC產(chǎn)業(yè)年度大典上，阿里云發(fā)布了阿里云磐久液冷系列產(chǎn)品，其中磐久液冷一體機(jī)Immersion DC，是可以在“全球任何氣象區(qū)域部署，并且實(shí)現(xiàn)PUE1.09左右的一體化解決方案”。

噴淋式液冷

噴淋式液冷顧名思義，是將冷卻液直接噴淋到發(fā)熱器件表面或與發(fā)熱器件接觸的擴(kuò)展表面上，液體吸熱后排走，再與外部冷源進(jìn)行熱交換。

噴淋式液冷系統(tǒng)包括噴淋式液冷機(jī)柜系統(tǒng)（含管路、布液系統(tǒng)、回液系統(tǒng)和PDU等部件）、液冷服務(wù)器、冷卻液三部分。

應(yīng)用發(fā)展

噴淋式冷卻目前在數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模應(yīng)用與實(shí)踐較少。


廣東合一自主研發(fā)的噴淋液冷系統(tǒng)

廣東合一自主研發(fā)了“芯片級(jí)精準(zhǔn)噴淋液冷技術(shù)”，為“國家大數(shù)據(jù)試驗(yàn)場”提供噴淋式液冷集裝箱式數(shù)據(jù)中心以及服務(wù)器噴淋液冷化整體解決方案，整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能效指標(biāo)PUE值在1.03-1.1之間。

中國長城于則去年推出了我國首臺(tái)國產(chǎn)化噴淋式液冷服務(wù)器。

當(dāng)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜密度接近20KW時(shí)，風(fēng)冷散熱逐漸接近極限。液冷技術(shù)既能支撐更高計(jì)算負(fù)載，還能提供更高效的散熱、更低能耗，同時(shí)受地域氣候的限制更小，無疑更適用于當(dāng)前高功率、高密度數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)。

一項(xiàng)技術(shù)從研發(fā)、商用，到形成完整的上下游產(chǎn)業(yè)生態(tài)需要時(shí)間和過程，也需要極強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，后者往往來源于成本或政策。曾經(jīng)的風(fēng)冷是如此，液冷亦是如此。

如今，隨著更多企業(yè)參與液冷技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，雙碳戰(zhàn)略及數(shù)據(jù)中心行業(yè)多項(xiàng)政策要求，無疑為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用液冷等綠色技術(shù)的腳步按下了快進(jìn)鍵。

你的數(shù)據(jù)中心，更傾向使用哪類液冷技術(shù)？

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