數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮下的算力基礎(chǔ)設(shè)施變革
當(dāng)前，云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與新興技術(shù)加速融合，數(shù)字經(jīng)濟(jì)正以前所未有的速度重塑經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展格局。作為各個(gè)行業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)行的算力載體，數(shù)據(jù)中心已成為支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。
在“雙碳”目標(biāo)的宏觀背景下，數(shù)據(jù)中心的能耗問題日益受到各方關(guān)注。新一代綠色節(jié)能技術(shù)正從數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域外溢至整個(gè)算力基礎(chǔ)設(shè)施，高壓直流、預(yù)制化、液冷、自然冷卻等創(chuàng)新方案加速落地，推動(dòng)行業(yè)向綠色高效方向演進(jìn)。
風(fēng)冷觸及天花板，液冷成為必然選擇
目前數(shù)據(jù)中心制冷仍以間接蒸發(fā)冷卻和氟泵空調(diào)為主。然而，伴隨單機(jī)柜功率的持續(xù)攀升，傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)已逐漸逼近散熱極限，更為高效節(jié)能的散熱技術(shù)方案正加速鋪開。
數(shù)據(jù)顯示，2020年全球數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜平均功率已達(dá)16.5kW，較2008年增長175%。賽迪顧問預(yù)測，隨著算力需求的爆發(fā)式增長，預(yù)計(jì)2025年全球數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜平均功率有望達(dá)到25kW。這一趨勢使得液冷技術(shù)從“可選”走向“必選”。
中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)秘書長呂天文指出：“無論從政策角度、市場需求還是技術(shù)成熟度來講，均標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心進(jìn)入‘液冷時(shí)代’。”
從技術(shù)門檻來看，Intel服務(wù)器方案顯示，頂配2U服務(wù)器配備8個(gè)350W CPU時(shí)仍可采用風(fēng)冷散熱，但一旦CPU達(dá)到400W，就必須引入液冷解決方案。目前液冷服務(wù)器主要用于CPU密集型的計(jì)算服務(wù)器，而對于異構(gòu)計(jì)算場景及存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，液冷應(yīng)用需求相對較低。
液冷技術(shù)三大路徑：各具優(yōu)勢，并行發(fā)展
根據(jù)液體冷媒與發(fā)熱源的接觸方式，液冷技術(shù)主要分為三類：
冷板式液冷（間接接觸）
作為技術(shù)成熟度最高、應(yīng)用最廣泛的液冷方案，冷板式液冷主要應(yīng)用于高密度數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。其優(yōu)勢在于對現(xiàn)有服務(wù)器架構(gòu)改造較小，易于部署。百度在2021年發(fā)布的《天蝎4.0液冷整機(jī)柜開放標(biāo)準(zhǔn)》，正是積極推動(dòng)冷板式液冷方案的重要舉措。
然而，冷板式液冷仍面臨兩大挑戰(zhàn)：一是成本相較風(fēng)冷仍然較高，二是存在漏液風(fēng)險(xiǎn)，對系統(tǒng)可靠性提出更高要求。
浸沒式液冷（直接接觸）
浸沒式液冷將服務(wù)器完全浸沒在絕緣冷卻液中，可實(shí)現(xiàn)100%熱量捕捉與傳導(dǎo)，以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性，成為行業(yè)主流趨勢。技術(shù)路線分為單相浸沒和相變浸沒兩類。
阿里從2016年開始圍繞浸沒式液冷深入布局，于2018年建成首個(gè)互聯(lián)網(wǎng)液冷數(shù)據(jù)中心，2020年投產(chǎn)首個(gè)5A級綠色液冷數(shù)據(jù)中心。但浸沒式液冷對服務(wù)器主板等核心部件要求較高，需進(jìn)行特殊化定制設(shè)計(jì)，成本較高，大規(guī)模應(yīng)用仍相對滯后。
噴淋式液冷（直接接觸）
噴淋式液冷通過定點(diǎn)噴灑冷卻液實(shí)現(xiàn)散熱，但在實(shí)際應(yīng)用中，冷卻介質(zhì)遇到高溫電子部件時(shí)可能出現(xiàn)飄溢問題，對機(jī)房環(huán)境造成影響，應(yīng)用范圍相對受限。
產(chǎn)業(yè)生態(tài)初具規(guī)模，規(guī)?；瘧?yīng)用仍需時(shí)間
當(dāng)前液冷服務(wù)器生態(tài)已初步形成，以間接冷板方案為主流。國內(nèi)液冷服務(wù)器廠商主要包括華為、曙光、神威藍(lán)光、浪潮等；海外廠商則涵蓋戴爾、惠普、思科、SGI、BULL、Cray、超微、Iceotop等。
京東整機(jī)柜液冷技術(shù)已在2021年規(guī)模投入“雙11”機(jī)房，實(shí)現(xiàn)芯片級液體直接冷卻，將室外冷源直接注入服務(wù)器主板芯片進(jìn)行散熱，達(dá)成系統(tǒng)去冷機(jī)化。
浸沒式液冷的規(guī)?；l(fā)展仍需時(shí)間，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在于：大規(guī)模應(yīng)用帶來的GPU功耗持續(xù)上升，異構(gòu)架構(gòu)下算力快速增長對液冷提出新需求；互聯(lián)網(wǎng)大廠服務(wù)器迭代周期中，液冷方案的規(guī)模成本能否降至可大規(guī)模應(yīng)用的水平。
展望：綠色發(fā)展機(jī)遇與產(chǎn)業(yè)鏈重塑
在“東數(shù)西算”與“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能需求催生散熱、制冷技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，有望形成新的產(chǎn)業(yè)鏈格局。
隨著液冷技術(shù)成熟度提升、成功案例積累、芯片功耗攀升以及國家對PUE指標(biāo)要求日趨嚴(yán)苛，推廣液冷技術(shù)應(yīng)用落地正逢其時(shí)。但需要清醒認(rèn)識到，數(shù)據(jù)中心的“綠色化”并非個(gè)體單打獨(dú)斗，而是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同孵化與共同進(jìn)化。從技術(shù)突破到標(biāo)準(zhǔn)建立，從成本優(yōu)化到產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，液冷技術(shù)正加速走向大規(guī)模應(yīng)用的新階段。
