数据中心节能减排提速：液冷技术走向商业应用

在宁畅内部有这样一个观点：第三代至强可扩展处理器正在催化液冷技术步入元年时代。宁畅首席技术官赵雷给记者解释道：“液冷技术正在从实验室走向商业应用，从小规模验证技术走向大规模量产技术阶段。”

  这一趋势的背后反映的是行业对节能减排的需求正在不断增加。今年2月，我国“东数西算”工程正式全面启动。该工程在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设算力网络国家枢纽节点，并规划了张家口等10个国家数据中心集群。值得关注的是，为了推进数据中心低碳运转，“东数西算”工程还提出了三个方向：绿色节能、算力调度、安全可靠。

  绿色发展首当其冲。对于数据中心来说，提效是一方面，在提效的同时如何通过更好的技术解决方案来进行节能减排，成为各家企业的关注重点和亟需解决的难题。

  节能减排成为行业刚需

  在日前举办的世界5G大会Tech-Talk2022前瞻论坛上，国家信息中心信息化和产业发展部主任单志广表示，全国国家数据中心集群建设中，2022年新开工项目25个，投资超过1900亿元。其中，西部地区投资比去年同期增长6倍，呈现出由东向西转移的良好态势。

  数据中心建设提速的同时，国家对节能减排也提出了更高的要求。2021年12月发布的《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》明确，到2025年，国家枢纽节点的PUE要进一步降到1.25以下，绿色低碳等级达到4A级以上。2022年6月工信部等六部门发布《工业能效提升行动计划》中明确规定，到2025年，新建大型、超大型数据中心PUE优于1.3。

  什么是PUE？PUE（Power Usage Effectiveness）是用于测量 IDC 能源效率的指标，是用 IDC 总能耗除以 IT 设备能耗得来。IDC 总能耗包含 IT 设备能耗和制冷、配电等系统能耗，PUE 数值越靠近 1 说明非 IT 设备的能耗越少，能效水平越高。

  对此，英特尔数据中心平台技术与架构部中国区总经理王飞表示，2025年英特尔预计有 50亿颗 CPU 核心投入运营。算力的发展支撑数据中心、数据经济和全球经济发展，2030 年数字中心将消耗全球 3\%-6\% 电能，因此数据中心节能减碳已经成为英特尔面临的新挑战。

  液冷技术成熟 行业步入液冷时代

  中国电子节能技术协会秘书长吕天文此前在2022数据中心液冷技术研讨会上表示，“无论从政策角度、市场需求还是技术成熟度来讲，均标志着数据中心进入‘液冷时代’。”

  所谓液冷，通俗来讲就是通过液体代替空气，把CPU、内存等IT发热器件产生的热量带走，就好似给服务器局部冷却、整体“淋浴”甚至全部浸没。

  就液冷技术分类而言，根据液体冷媒和发热源的接触方式可分为——冷板式（间接接触）、喷淋式（直接接触）、浸没式（直接接触）。其中，浸没式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性，成为主流趋势。根据调研机构赛迪数据显示，未来浸没式液冷的市场占比将逐步提升，将从2019年的不到20\%增长到2025年的40\%以上。

  推动数据中心向液冷技术发展也成为行业共识。在宁畅首席技术官赵雷看来，风冷技术的极限值基本是在300W-350W之间，目前数据中心已经慢慢触碰到这个极限值，而随着CPU功耗的增长，推进液冷技术发展已经成为行业发展的重要推动力。

  新华三服务器产品线系统部总监郑国良也有这类似的看法，他认为，东数西算项目正式落地后，对数据中心PUE的要求非常明确，数据中心对于液冷技术需求的迫切性提到比较高的位置。“所以我们在这一代平台和下一代平台，包括浸没式液冷我们都会加大投入和加快发布的进度。”

  企业已经开始着手布局液冷技术。阿里云从 2016 年开始大规模部署液冷技术，因为相比于风冷方案，液冷方案有着超高的散热效率的特点，但服务器硬件对侵入式液冷的兼容成为技术落地的难度。

  英特尔围绕浸入式液冷所面临的材料兼容性、电气信号完整性、芯片散热特性、服务器系统散热特性、服务器及机柜结构设计等课题，与阿里巴巴深入合作，从处理器定制和服务器系统开发与优化着手，突破芯片功耗墙功耗和冷却两大影响算力提升的关键问题，使得液冷服务器在阿里巴巴数据中心成功大规模部署，在 2018 年建成首个互联网液冷数据中心，在 2020 年投产首个 5A 级绿色液冷数据中心，每年可以节省电能至少达千万级的同时，服务器系统的故障率相比风冷服务器下降约 53％，帮助阿里巴巴有效降低数据中心总体拥有成本。

  同时，宁畅首席技术官赵雷介绍，宁畅通过与英特尔的合作，进一步改善了冷板式液冷设计中的漏液检测、材料兼容性、生产工艺等核心技术要点，并在浸没式液冷中的安装运维、液体挥发与渗漏、材料兼容性等难点问题上实现突破。目前，基于英特尔下一代平台的浸没式液冷服务器研发进展顺利，现已与数个行业头部客户对接。

  而新华三则直接参与了众多液冷数据中心的建设。新华三服务器产品线系统部总监郑国良介绍，目前新华三以丰富的技术经验和专业的服务能力，参与了500多个数据中心的建设，包括大量的液冷数据中心机房；新华三还组建了定制化的团队，创建了液冷研发实验室，为客户提供端到端的液冷解决方案。

  “液冷整体解决方案是基于我们板式液冷和浸没式液冷，再配合我们整套液冷机柜系统和数据中心解决方案，打造的一个绿色数据中心的建设。”郑国良说道：“虽然液冷环境是一个跨专业的领域，但新华三凭借强大技术能力，确保液冷整套解决方案完整的落地。”

  推动行业标准共建

  在液冷技术快速发展的同时，一些行业痛点也开始显现。王飞表示，虽然国家政策对 PUE 要求非常严格，无论可循环经济、模块化设计还是液冷技术，都面临缺乏行业标准关键问题。缺乏行业标准的情况下，相似的服务器设计它的碳排放设计可能相差非常远。

  因此，在今年的2022英特尔中国数据中心合作伙伴技术峰会上，英特尔针对当前冷板液冷技术设计与验证标准不统一这一市场痛点，与产业链上下游共同打造出《绿色数据中心创新实践——冷板液冷系统设计参考》。该参考设计通过面向更广泛的产业伙伴展现冷板液冷技术关键部件的研究进展，来共同促其标准化，进而降低设计与使用成本，推动建立并完善冷板液冷的生态系统，是产业伙伴紧密合作、联合创新的重要成果。

  此外，英特尔发起成立的绿色数据中心技术创新论坛，集合了20家ICT产业上下游厂商，横跨多个领域，覆盖整个数据中心产业链。该论坛的成立，旨在通过技术创新和产业合作，加速数据中心运营模式的绿色转型，推动数据中心节能减排、可持续发展，支撑数字基础设施建设、碳中和计算，实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标。

  王飞认为，目前数据中心行业还是以风冷技术应用为主，液冷没有普及的原因是多方面的，包括技术难度、成本偏高、缺乏标准化，还有腐蚀、漏液等安全方面的顾虑。

  如今随着液冷技术的成熟、大量案例的成功、芯片功耗的提高、国家PUE要求的严苛，推广液冷技术应用落地正当时，英特尔也适时提出了液冷设计参考。

  目前宁畅与英特尔一起研发针对未来行业发展的新产品，包括更新一代至强处理器产品和浸没式液冷产品设计，赵雷表示：“浸没式液冷可以进一步的降低整体系统的一个PUE的值，并且可以给芯片提供更好的一个解锁算力的能力。”

  绿色发展机遇显现

  在“东数西算”和“双碳”战略下，以绿色节能为中心，数据中心领域出现新需求，推动包括散热、制冷、节能技术的发展，有机会进一步形成新产业链。绿色发展机遇开始显现。但很显然，数据中心“绿色化”概念，并非个体的单打独斗，而是整个生态系统的孵化。

  在王飞看来，如何把产品和解决方案做好，在时间上十分紧迫。“我们把产品线扩大，增加P核和E核，这也是针对东数西算的一个比较好的应用场景。同时东数西算项目的落地，意味着数据密集型的数据中心将在西部建成，这里的业务要求是不太一样的，效率是更高的一个着眼点，吞吐量也是着眼点，所以P核和E核组合，总有一款是适合客户的一些工作负载的需求。所以总体来说，东数西算是大家一个更好的机会，只是这个紧迫感更高一点。”

  同时，在西部地区数据中心建设中服务器的采购，以及绿色能源使用的商机，这也是再过去没有的。

  王飞介绍，英特尔数据中心部门已积累了多年液冷技术发展经验，包括参考设计和厂商合作案例，并在中国组建了散热技术专家的团队。

  在郑国良看来，面对东数西算，新华三以及开始新一轮的业务布局：“整个东数西算来看，对于我们来说，是一个需求，也是一个机遇，我们会加大这一方面的投入，包括对节能技术的投入和低功耗技术的投入。”（记者 李文瑶）