采訪者：《人民郵電》報(bào)記者 王欣
受訪者：賽迪顧問(wèn)電子信息產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理 楊梽?dòng)?/div>
阿里云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器研發(fā)架構(gòu)師 鐘楊帆
隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，刷臉乘車(chē)、云辦公、云直播成為日常生活的重要部分，萬(wàn)物皆可“云”的時(shí)代，數(shù)據(jù)中心正成為重要的基礎(chǔ)設(shè)施。
顯然，數(shù)據(jù)中心作為新基建的重要代表之一，已經(jīng)成為全國(guó)各地發(fā)力的焦點(diǎn)。近年來(lái)，在貴州成功轉(zhuǎn)型成為“大數(shù)據(jù)之都”后，河北、山東、四川等地均開(kāi)始進(jìn)行大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，助力社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。而在數(shù)據(jù)中心規(guī)模建設(shè)的背后，液冷數(shù)據(jù)中心一度成為業(yè)內(nèi)的“網(wǎng)紅”，為服務(wù)器“淋浴”“泡澡”，“洗澡水”可以為附近居民供暖、提供熱水……如此神奇的黑科技究竟是什么？
為探究液冷數(shù)據(jù)中心的發(fā)展情況，《人民郵電》報(bào)記者采訪了賽迪顧問(wèn)電子信息產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理?xiàng)顥動(dòng)篮桶⒗镌苹A(chǔ)設(shè)施服務(wù)器研發(fā)架構(gòu)師鐘楊帆。
為服務(wù)器“淋浴”“泡澡”助力數(shù)據(jù)中心節(jié)能
Q1.液冷數(shù)據(jù)中心是什么？
楊梽?dòng)溃阂豪鋽?shù)據(jù)中心是指應(yīng)用液冷技術(shù)和液冷服務(wù)器等設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，與傳統(tǒng)風(fēng)冷服務(wù)器相比，液冷服務(wù)器的熱量導(dǎo)出方式不同。液冷是指使用液體取代空氣作為冷媒，為發(fā)熱部件進(jìn)行換熱，帶走熱量的技術(shù)。而液冷服務(wù)器是指將液體注入服務(wù)器，通過(guò)冷熱交換帶走服務(wù)器熱量的一種服務(wù)器。一般來(lái)說(shuō)，行業(yè)將液冷分為直接冷卻和間接冷卻。目前直接冷卻以浸沒(méi)式液冷技術(shù)為主，同時(shí)可分為相變和非相變兩種，間接冷卻以冷板式液冷技術(shù)為主。
鐘楊帆：浸沒(méi)式液冷技術(shù)是一種以液體作為傳熱介質(zhì)，發(fā)熱器件浸沒(méi)于液體中，通過(guò)直接接觸進(jìn)行熱交換的冷卻技術(shù)。通俗理解，液冷是通過(guò)液體代替空氣，把CPU、內(nèi)存等IT發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量帶走，就好似給服務(wù)器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部“泡澡”。目前，液冷技術(shù)可謂百花齊放，常見(jiàn)的有冷板式液冷、浸沒(méi)式液冷、風(fēng)液混合。
Q2.液冷數(shù)據(jù)中心有哪些優(yōu)勢(shì)？
楊梽?dòng)溃阂豪鋽?shù)據(jù)中心有五點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。第一，液冷技術(shù)的高效制冷可有效提升服務(wù)器的使用效率和穩(wěn)定性。液體傳導(dǎo)熱能效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快、更優(yōu)，能夠?qū)崿F(xiàn)IT設(shè)備高效制冷。同時(shí)，由于液體的比熱容大，在吸收大量熱量后自身溫度不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，故而能夠穩(wěn)定CPU溫度。即使服務(wù)器遇到突發(fā)操作，運(yùn)行功率激增也不會(huì)引起CPU內(nèi)部溫度大幅升高，保障CPU在一定范圍內(nèi)進(jìn)行超頻工作不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱故障。
第二，應(yīng)用液冷技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能、降噪。首先，液冷數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心相比，去掉了空調(diào)系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的風(fēng)冷基礎(chǔ)設(shè)施，增加了循環(huán)泵，能夠節(jié)約建設(shè)成本。其次，與風(fēng)冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心能節(jié)省約30%的能源，有效降低能源消耗比，可以將PUE（數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)）降到1.05，滿足綠色數(shù)據(jù)中心的要求。最后，在相同散熱條件下，液冷系統(tǒng)所使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比噪聲更小，可達(dá)到“靜音機(jī)房”的效果。
第三，應(yīng)用液冷技術(shù)有助于提高數(shù)據(jù)中心單位空間的服務(wù)器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算效率。液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻液系統(tǒng)，但是省卻了空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，節(jié)省了大量空間，可以容納更多的服務(wù)器。同時(shí)，液冷技術(shù)冷卻能力優(yōu)良，足以應(yīng)對(duì)高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)中心可以配置高密度的服務(wù)器，從而得到更高的運(yùn)算效率。
第四，液體冷卻服務(wù)器能夠無(wú)視海拔和地域等環(huán)境影響。數(shù)據(jù)中心是一個(gè)電子設(shè)備密集型的場(chǎng)所，影響數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的因素有很多，其中海拔高度是很少被提及，但對(duì)數(shù)據(jù)中心影響很大的因素。海拔越高的地區(qū)，大氣壓或空氣密度越低，導(dǎo)致空氣介質(zhì)冷卻效應(yīng)降低，空氣散熱能力下降。對(duì)于風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心，由于散熱能力下降，溫升增高，因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，空調(diào)系統(tǒng)的溫度需要調(diào)低，而將造成更多能量的損耗。相比空氣而言，液體比熱容不受海拔與氣壓的影響，因此高海拔地區(qū)液冷數(shù)據(jù)中心的散熱效率與低海拔地區(qū)相比無(wú)差距，仍可以保持較高的散熱效率，保證數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的運(yùn)行效率和性能。
第五，液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備24小時(shí)不間斷運(yùn)行并散發(fā)巨大的熱能。若這些熱量直接排放到大氣中，對(duì)環(huán)境而言是一種能源浪費(fèi)。液冷數(shù)據(jù)中心熱量是以液體為載體，可以直接通過(guò)熱交換接入樓宇采暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖、溫水供應(yīng)等需求。不僅節(jié)省了能源，也為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了附加價(jià)值。
鐘楊帆：浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心把計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于液冷環(huán)境進(jìn)行完全重構(gòu)，將IT設(shè)備浸沒(méi)在絕緣無(wú)腐蝕性的冷卻液中，熱量被冷卻液吸收后直接通過(guò)冷卻系統(tǒng)高效地傳導(dǎo)到外界，打破風(fēng)冷散熱瓶頸且實(shí)現(xiàn)PUE逼近1.0，同時(shí)密封的箱體保障IT設(shè)備不受潮濕、有害氣體、振動(dòng)影響，提升設(shè)備可靠性達(dá)50%以上。自2015年起，阿里巴巴針對(duì)不同的液冷技術(shù)和方案展開(kāi)研究、探索與實(shí)踐，最終實(shí)現(xiàn)了浸沒(méi)式液冷的技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模部署。相比其他液冷技術(shù)，浸沒(méi)式液冷具有高能效、高密度、高可靠、高可用等特點(diǎn)，更加適合云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的高可靠應(yīng)用場(chǎng)景。
國(guó)內(nèi)普及加快應(yīng)用案例豐富
Q3.國(guó)內(nèi)液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展情況如何？
楊梽?dòng)溃褐袊?guó)液冷數(shù)據(jù)中心普及速度加快。近年來(lái)，綠色逐漸成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主題，液冷數(shù)據(jù)中心迎來(lái)發(fā)展風(fēng)口。
目前，國(guó)內(nèi)有很多液冷數(shù)據(jù)中心典型應(yīng)用。諸如，中科曙光硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)突破了傳統(tǒng)的冷卻方式，采用浸沒(méi)式相變液冷，將包括服務(wù)器芯片、主板在內(nèi)的所有計(jì)算部件浸沒(méi)于液態(tài)冷媒中，實(shí)現(xiàn)了高效散熱，同時(shí)硅立方一個(gè)機(jī)柜功率密度可達(dá)到160kW，是傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心的4~5倍，能效比提升了30%，PUE低至1.04，截至2020年12月，硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)已在北京、南京、山西、甘肅、合肥等地建設(shè)應(yīng)用，促進(jìn)了區(qū)域的科技研發(fā)、產(chǎn)業(yè)集聚、轉(zhuǎn)型升級(jí)與創(chuàng)新發(fā)展。
位于余杭錢(qián)江經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的阿里巴巴浙江云計(jì)算仁和數(shù)據(jù)中心，作為全國(guó)首座綠色等級(jí)達(dá)5A的液冷數(shù)據(jù)中心，采用了服務(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，也印證了仁和液冷數(shù)據(jù)中心領(lǐng)先的能效及綠色節(jié)能水平。阿里巴巴浙江云計(jì)算仁和數(shù)據(jù)中心的落成，不僅為杭州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大的動(dòng)力，也將為液冷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。
馬來(lái)西亞氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心為更好地捕捉局部強(qiáng)對(duì)流天氣，三維播報(bào)共增加了27倍算力需求。在傳統(tǒng)的風(fēng)冷不能滿足需求的情況下，該數(shù)據(jù)中心配置了聯(lián)想的冷板式液冷設(shè)備，水被送入服務(wù)器冷板，在組件周?chē)h(huán)，然后吸收熱量離開(kāi)冷板，進(jìn)入冷源實(shí)現(xiàn)冷卻。據(jù)測(cè)算，馬來(lái)西亞氣象局應(yīng)用液冷系統(tǒng)后，散熱效果高達(dá)90%，有力地支持了氣象預(yù)測(cè)精度的提升。
鐘楊帆：從國(guó)家戰(zhàn)略上看，新基建加速落地，數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，必將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上看，浸沒(méi)式液冷已經(jīng)成功從實(shí)驗(yàn)室到小規(guī)模部署到目前的大規(guī)模部署，技術(shù)先進(jìn)性得到了充分驗(yàn)證，產(chǎn)業(yè)鏈也已經(jīng)相對(duì)完善。
楊梽?dòng)溃阂灾锌剖锕?、浪潮、阿里、華為等為代表的我國(guó)的主流企業(yè)在液冷數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域走在全球前列，在應(yīng)用案例方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
鐘楊帆：當(dāng)前，中國(guó)液冷技術(shù)發(fā)展迅速，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室階段和樣機(jī)階段，中國(guó)液冷發(fā)展與國(guó)外基本同步，且在液冷技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用上積累了更為先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)。
行業(yè)處于萌芽階段標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)鏈尚需完善
Q4.我國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心在技術(shù)發(fā)展、推廣等層面有哪些挑戰(zhàn)？
楊梽?dòng)溃涸诩夹g(shù)發(fā)展方面，目前液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展的最大爭(zhēng)議就是其可靠性，諸如電子器件長(zhǎng)時(shí)間浸沒(méi)在浸沒(méi)液里是否會(huì)出現(xiàn)腐蝕情況，是否會(huì)影響器件功能和使用壽命，液冷管道的安全性如何保證等。從目前液冷領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用普及情況來(lái)看，數(shù)據(jù)中心電子器件的材料與冷卻液兼容性會(huì)更優(yōu)良，功能性會(huì)大大增強(qiáng)，使用壽命也會(huì)延長(zhǎng)。
在推廣方面，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺失極大地限制了液冷數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。盡管近年來(lái)部分企業(yè)和協(xié)會(huì)推出了一些液冷細(xì)分領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)，但是液冷產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格仍然參差不齊，液冷廠商處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)。因此，需要制定科學(xué)且完備的液冷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)熱設(shè)備和器件、冷卻液體、液冷設(shè)備及運(yùn)維等各個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)一的要求，以此提高行業(yè)共識(shí)度，促進(jìn)廠商之間的技術(shù)交流和對(duì)話，規(guī)范液冷市場(chǎng)健康發(fā)展。
客戶認(rèn)可度需提升，行業(yè)需提供更可靠的案例和節(jié)能數(shù)據(jù)。一方面，液冷數(shù)據(jù)中心的投資較高，應(yīng)用多集中于高密計(jì)算場(chǎng)景，在現(xiàn)有通用計(jì)算場(chǎng)景下，市場(chǎng)替代空間還未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；娲?。另一方面，下游客戶還未形成大規(guī)模應(yīng)用液冷數(shù)據(jù)中心的習(xí)慣，客戶不大愿意把自己的服務(wù)器等核心設(shè)備放到液冷環(huán)境中，一是對(duì)液冷技術(shù)的可靠性難以把握，二是對(duì)液冷技術(shù)能帶來(lái)的能耗成本節(jié)約存在質(zhì)疑。
鐘楊帆：當(dāng)前，整個(gè)液冷行業(yè)的發(fā)展水平屬于起步萌芽階段，新技術(shù)規(guī)模不大的時(shí)候不太容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和挑戰(zhàn)，但是規(guī)模大了以后就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，目前浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心建設(shè)最大的挑戰(zhàn)在于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈不成熟。在具體的使用上，阿里巴巴經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索總結(jié)了一些規(guī)范，通過(guò)開(kāi)源的方式讓大家都參與到這個(gè)生態(tài)圈來(lái)，讓所有用戶都可以快速搭建浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)。
“風(fēng)冷﹢液冷”融合賦能千行百業(yè)
Q5.液冷數(shù)據(jù)中心未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是什么？
楊梽?dòng)溃菏紫龋L(fēng)液融合成為新趨勢(shì)，未來(lái)數(shù)據(jù)中心溫控市場(chǎng)將出現(xiàn)“風(fēng)冷﹢液冷”融合發(fā)展的新格局。風(fēng)冷技術(shù)不會(huì)被液冷技術(shù)完全取代，客戶會(huì)根據(jù)不同需求，選擇不同的數(shù)據(jù)中心制冷方案。對(duì)于部署了較低單機(jī)柜功率的數(shù)據(jù)中心，客戶依然會(huì)選擇風(fēng)冷的制冷方式。而針對(duì)超算、能源勘測(cè)等高密度大規(guī)模計(jì)算需求，綜合考慮成本因素，靈活地選擇冷板和浸沒(méi)的混合液冷，部分功耗大的部件和設(shè)備改用液冷的解決方案也將成為熱門(mén)。總而言之，液冷技術(shù)將與風(fēng)冷技術(shù)配合，助力行業(yè)發(fā)展。
其次，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心向高效率演變。液冷數(shù)據(jù)中心并不是一套簡(jiǎn)單的設(shè)備，而是全備的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。隨著一系列液冷設(shè)備及其配套產(chǎn)品的迭代發(fā)展，液冷生態(tài)系統(tǒng)將逐步完善。不僅如此，作為液冷生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的主要保障，監(jiān)控與運(yùn)維設(shè)備也在不斷發(fā)展。AI技術(shù)的融入將加快智能運(yùn)維取代人力運(yùn)維的進(jìn)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的液冷生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確的把控，提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行和運(yùn)維效率。
鐘楊帆：未來(lái)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)將出現(xiàn)“風(fēng)冷﹢液冷”協(xié)同發(fā)展的格局。風(fēng)冷技術(shù)不會(huì)被液冷完全取代，而是針對(duì)客戶的不同需求，選擇不同的數(shù)據(jù)中心方案。未來(lái)三到五年會(huì)具備風(fēng)冷與液冷互換的技術(shù)條件，在部署風(fēng)冷的區(qū)域，都可以部署液冷，就可以實(shí)現(xiàn)把液冷變成默認(rèn)配置的過(guò)程。
楊梽?dòng)溃罕Ｊ貋?lái)看，2025年中國(guó)冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到757.1億元，浸沒(méi)式為526.1億元；樂(lè)觀來(lái)看，2025年中國(guó)冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到784.9億元，浸沒(méi)式為545.4億元；浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場(chǎng)份額將實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。
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