“卷”的終點?數據中心進入“液冷時代”

2022-04-27 08:41:10

“PUE能到多少?還能降低嗎?”

每一遇到有數據中心(IDC)項目申報,來自東部沿海某城市的招商局人士張輝(化名)都會把這個問題拋給對方。得到的反饋數字也各不相同,遇到低得多的,張輝會問:“你們是用什么技術手段做到這么‘綠’的?”

上述“PUE之問”,堪稱IDC領域的“時代之問”。

圖源:中科曙光

為了降低PUE,拼了

PUE是數據中心總能耗與IT設備能耗的比值,數值越接近1代表其用能效率越高。2021年7月,工信部發布《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》,指出在能效水平方面,新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下,嚴寒和寒冷地區力爭降低到1.25以下。

地方政府每年都會拿到并分配該省能耗總量和強度的指標。數據中心全年晝夜不停地運轉,決定了它們“能耗巨獸”的本色。而作為能耗大戶,地方發展改革委要憑能耗指標來決定是否建設。因此,數據中心的PUE既是政府和監管部門管理的抓手,也是IDC 各建設者爭相“內卷”的重點。

為了降低PUE,技術提供商都很拼,“卷”得花樣百出。

在位于北極圈附近的瑞典北部,坐落著一個數據中心,這里冬天平均氣溫差不多零下20度。這座數據中心建在此地最重要的原因就是,為了給機房散熱。

在貴州貴安新區兩座山的山體中,“藏”著一處能夠容下30萬臺服務器的數據中心。這座數據中心把機房安裝在這里,也是為了降低機房的PUE值。據稱,這里的PUE極限測試值可達1.1左右。

在英國蘇格蘭奧克尼群島附近的海底,也架設著一座數據中心,這是首個在海底運行的數據中心。這項海底數據中心項目,被一些人比作數據中心的“登月計劃”。

北極圈、海底、山洞、湖底……在這些地方,的確可以大大提高數據中心的散熱效率、降低PUE,然而它們的優點似乎也只剩這點了。

比如,在這些地方,數據中心的維護成本高昂,一旦出現問題難以及時運維。

“數據中心建設有個基本要求,那就是普適性。舉個例子,數據中心不管是在漠河還是在海南島建設,應該是一樣的。”4月26日,中國電子節能技術協會秘書長呂天文在“2022數據中心液冷技術研討會”上認為,液冷技術是解決目前數據中心“PUE之問”最佳的技術手段。

液冷技術有何神通?它能終結“PUE之問”嗎?

中國電子節能技術協會秘書長 呂天文

數據中心步入“液冷時代”

“液冷”并非新事物。呂天文介紹稱,早在20世紀八九十年代,這項技術就被嘗試用于通信設備的基站上;此后,在消費端的游戲主機上,有一些玩家手動DIY過一些“液冷主機”,主要也是幫助散熱。他說,有些極客會在液冷主機上放一些五顏六色的燈帶,“還挺好看的”。

但液冷技術的系統發展與規模應用,是在2010年之后。

云計算服務形態的突飛猛進,催生了數據中心的大規模部署。加之建設方對數據中心技術的追求、用戶對綠色數據中心的追捧,液冷技術發展十分迅速。

相比此前數據中心主流的風冷(空調散熱)手段,液冷技術的優點可太多了。

首先,呂天文介紹說,液冷技術散熱效率是風冷的不是數十倍、數百倍,而是數千倍。“為科學起見,我們定義是風冷的1000~3000倍不等,這其中差異是由不同冷卻液等引起的。”

其次,液冷技術的精確制冷效果更好。由于冷卻液直接作用于高耗能部件,它所發揮的作用事半功倍。“如果僅看制冷這部分的PUE值,電能利用效率可以低至1.0到1.02。”呂天文說。

此外,液冷技術還能帶給數據中心一個“意外驚喜”:低噪音。

“空調制冷系統有大量外機,運轉起來噪音很大,很容易遭到投訴。”呂天文說,相比之下,液冷型數據中心內外部噪音都很小。

擁有這些優點的液冷技術,在市場上“吃得很開”。

液冷技術分為直接式和間接式兩種。曙光數創副總裁姚勇介紹說,目前市場上間接式和直接式液冷技術均有部署,間接液冷如冷板式液冷服務器,可以在成本微增的情況下實現效率大幅提高;噴淋式、浸沒式的直接液冷方案雖然初期投入較高,但從全生命周期和更高計算密度的角度來看,效果更好。

中科曙光,是目前正以液冷技術開展數據中心綠色實踐的先行者之一。

我國當前正倡導綠色低碳的生產生活方式,中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和。在此背景下,“東數西算”國家工程也應運而生。在東數西算工程實施進程中,“綠色化”是其中一大顯著特點。

“政策的驅動、技術的成熟、市場的規模應用,標志著數據中心的液冷時代正式到來。”呂天文說。

圖源:中科曙光

“中國液冷”位居第一梯隊

一個時代的到來,有其顯著的趨勢和特點,“液冷時代”也不例外。

首先,液冷技術給數據中心帶來更高的計算密度。

“一般來說計算密度是按照機柜功率來衡量的。”呂天文說,近年來單機柜功率達到8千瓦甚至一些高端計算達到20、30千瓦,但曙光提供的數據顯示,液冷技術加持的服務器單機柜密度已經超過100千瓦,這無疑將為數據中心未來發展提供強大動力。

他解釋稱,單機柜密度越大,占地面積越小,設備管理成本越低,如此一來,原來液冷型數據中心的高成本劣勢也會逐漸消弭。

其次,液冷技術與多種節能技術的融合,可以把數據中心變成一個“能源站”。呂天文介紹,相較于風冷型,液冷數據中心的熱量抓取非常簡單且損失很少,這樣利用熱回收技術,可以將余熱利用發揮到很高水平。他認為,經過10~15 年的發展,“數據中心就是能源站”。

“數據中心步入到液冷時代的第三個特點,就是可以支撐更多行業的大規模計算的發展。”呂天文認為,可無差別建設的液冷數據中心,可以為科學實驗、金融計算、生物信息、人工智能、自動駕駛等領域的應用提供涓涓不斷的算力,“這是IDC下一步需要走的”。

值得欣慰的是,呂天文認為,液冷時代,中國并沒有落在后面。

“客觀地講,我國在液冷技術方面已經走在世界前列。”呂天文說,通過他與歐美的同行的溝通交流,他認為中國的液冷系統、液冷制冷技術已經超過了許多國家,“位于第一梯隊”。

市場是最好的試金石。以曙光為例,姚勇介紹稱,曙光2011年就開始投入液冷技術的研發,迄今已經有11年的技術積累和沉淀。

2015年,曙光第一批商用的冷板式液冷設備下線。“我們擁有時間最長的應用案例。姚勇說,從2015年至今,他們已經有客戶做液冷服務器的第二代的更迭。2018年曙光第一套商用化的浸沒液冷的設備開始部署。

作為新一代數字基建的關鍵核心技術,曙光浸沒式相變液冷技術還曾在2022年第2期《求是》雜志《大力推動我國數字經濟健康發展》文章中得到推薦展示。

圖源:中科曙光

隨著時間的發展,曙光液冷目前具備了技術先進、部署最多、應用最久、產品成熟、經驗豐富等特點。姚勇說,無論是新數據中心建設,還是舊中心改造,曙光的用戶從政府機構到醫療金融,數據中心形狀各式各樣,但核心都是一個:使用液冷技術——“用冷板式液冷、浸沒相變液冷等技術,作為數據中心制冷的首選。”

標簽: 液冷技術 數據中心

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