數據中心節能減排提速：液冷技術走向商業應用

【環球網科技報道 記者 李文瑤】在寧暢內部有這樣一個觀點：第三代至強可擴展處理器正在催化液冷技術步入元年時代。寧暢首席技術官趙雷給記者解釋道：“液冷技術正在從實驗室走向商業應用，從小規模驗證技術走向大規模量產技術階段。”

這一趨勢的背後反映的是行業對節能減排的需求正在不斷增加。今年2月，我國“東數西算”工程正式全面啓動。該工程在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啓動建設算力網絡國家樞紐節點，並規劃了張家口等10個國家數據中心集羣。值得關注的是，為了推進數據中心低碳運轉，“東數西算”工程還提出了三個方向：綠色節能、算力調度、安全可靠。

綠色發展首當其衝。對於數據中心來説，提效是一方面，在提效的同時如何通過更好的技術解決方案來進行節能減排，成為各家企業的關注重點和亟需解決的難題。

節能減排成為行業剛需

在日前舉辦的世界5G大會Tech-Talk2022前瞻論壇上，國家信息中心信息化和產業發展部主任單志廣表示，全國國家數據中心集羣建設中，2022年新開工項目25個，投資超過1900億元。其中，西部地區投資比去年同期增長6倍，呈現出由東向西轉移的良好態勢。

數據中心建設提速的同時，國家對節能減排也提出了更高的要求。2021年12月發佈的《貫徹落實碳達峯碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》明確，到2025年，國家樞紐節點的PUE要進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上。2022年6月工信部等六部門發佈《工業能效提升行動計劃》中明確規定，到2025年，新建大型、超大型數據中心PUE優於1.3。

什麼是PUE？PUE（Power Usage Effectiveness）是用於測量 IDC 能源效率的指標，是用 IDC 總能耗除以 IT 設備能耗得來。IDC 總能耗包含 IT 設備能耗和製冷、配電等系統能耗，PUE 數值越靠近 1 説明非 IT 設備的能耗越少，能效水平越高。

對此，英特爾數據中心平台技術與架構部中國區總經理王飛表示，2025年英特爾預計有 50億顆 CPU 核心投入運營。算力的發展支撐數據中心、數據經濟和全球經濟發展，2030 年數字中心將消耗全球 3%-6% 電能，因此數據中心節能減碳已經成為英特爾面臨的新挑戰。

液冷技術成熟 行業步入液冷時代

中國電子節能技術協會秘書長呂天文此前在2022數據中心液冷技術研討會上表示，“無論從政策角度、市場需求還是技術成熟度來講，均標誌着數據中心進入‘液冷時代’。”

所謂液冷，通俗來講就是通過液體代替空氣，把CPU、內存等IT發熱器件產生的熱量帶走，就好似給服務器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部浸沒。

就液冷技術分類而言，根據液體冷媒和發熱源的接觸方式可分為——冷板式（間接接觸）、噴淋式（直接接觸）、浸沒式（直接接觸）。其中，浸沒式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性，成為主流趨勢。根據調研機構賽迪數據顯示，未來浸沒式液冷的市場佔比將逐步提升，將從2019年的不到20%增長到2025年的40%以上。

推動數據中心向液冷技術發展也成為行業共識。在寧暢首席技術官趙雷看來，風冷技術的極限值基本是在300W-350W之間，目前數據中心已經慢慢觸碰到這個極限值，而隨着CPU功耗的增長，推進液冷技術發展已經成為行業發展的重要推動力。

新華三服務器產品線系統部總監鄭國良也有這類似的看法，他認為，東數西算項目正式落地後，對數據中心PUE的要求非常明確，數據中心對於液冷技術需求的迫切性提到比較高的位置。“所以我們在這一代平台和下一代平台，包括浸沒式液冷我們都會加大投入和加快發佈的進度。”

企業已經開始着手佈局液冷技術。阿里雲從 2016 年開始大規模部署液冷技術，因為相比於風冷方案，液冷方案有着超高的散熱效率的特點，但服務器硬件對侵入式液冷的兼容成為技術落地的難度。

英特爾圍繞浸入式液冷所面臨的材料兼容性、電氣信號完整性、芯片散熱特性、服務器系統散熱特性、服務器及機櫃結構設計等課題，與阿里巴巴深入合作，從處理器定製和服務器系統開發與優化着手，突破芯片功耗牆功耗和冷卻兩大影響算力提升的關鍵問題，使得液冷服務器在阿里巴巴數據中心成功大規模部署，在 2018 年建成首個互聯網液冷數據中心，在 2020 年投產首個 5A 級綠色液冷數據中心，每年可以節省電能至少達千萬級的同時，服務器系統的故障率相比風冷服務器下降約 53％，幫助阿里巴巴有效降低數據中心總體擁有成本。

同時，寧暢首席技術官趙雷介紹，寧暢通過與英特爾的合作，進一步改善了冷板式液冷設計中的漏液檢測、材料兼容性、生產工藝等核心技術要點，並在浸沒式液冷中的安裝運維、液體揮發與滲漏、材料兼容性等難點問題上實現突破。目前，基於英特爾下一代平台的浸沒式液冷服務器研發進展順利，現已與數個行業頭部客户對接。

而新華三則直接參與了眾多液冷數據中心的建設。新華三服務器產品線系統部總監鄭國良介紹，目前新華三以豐富的技術經驗和專業的服務能力，參與了500多個數據中心的建設，包括大量的液冷數據中心機房；新華三還組建了定製化的團隊，創建了液冷研發實驗室，為客户提供端到端的液冷解決方案。

“液冷整體解決方案是基於我們板式液冷和浸沒式液冷，再配合我們整套液冷機櫃系統和數據中心解決方案，打造的一個綠色數據中心的建設。”鄭國良説道：“雖然液冷環境是一個跨專業的領域，但新華三憑藉強大技術能力，確保液冷整套解決方案完整的落地。”

推動行業標準共建

在液冷技術快速發展的同時，一些行業痛點也開始顯現。王飛表示，雖然國家政策對 PUE 要求非常嚴格，無論可循環經濟、模塊化設計還是液冷技術，都面臨缺乏行業標準關鍵問題。缺乏行業標準的情況下，相似的服務器設計它的碳排放設計可能相差非常遠。

因此，在今年的2022英特爾中國數據中心合作伙伴技術峯會上，英特爾針對當前冷板液冷技術設計與驗證標準不統一這一市場痛點，與產業鏈上下游共同打造出《綠色數據中心創新實踐——冷板液冷系統設計參考》。該參考設計通過面向更廣泛的產業夥伴展現冷板液冷技術關鍵部件的研究進展，來共同促其標準化，進而降低設計與使用成本，推動建立並完善冷板液冷的生態系統，是產業夥伴緊密合作、聯合創新的重要成果。

此外，英特爾發起成立的綠色數據中心技術創新論壇，集合了20家ICT產業上下游廠商，橫跨多個領域，覆蓋整個數據中心產業鏈。該論壇的成立，旨在通過技術創新和產業合作，加速數據中心運營模式的綠色轉型，推動數據中心節能減排、可持續發展，支撐數字基礎設施建設、碳中和計算，實現碳達峯、碳中和的“雙碳”目標。

王飛認為，目前數據中心行業還是以風冷技術應用為主，液冷沒有普及的原因是多方面的，包括技術難度、成本偏高、缺乏標準化，還有腐蝕、漏液等安全方面的顧慮。

如今隨着液冷技術的成熟、大量案例的成功、芯片功耗的提高、國家PUE要求的嚴苛，推廣液冷技術應用落地正當時，英特爾也適時提出了液冷設計參考。

目前寧暢與英特爾一起研發針對未來行業發展的新產品，包括更新一代至強處理器產品和浸沒式液冷產品設計，趙雷表示：“浸沒式液冷可以進一步的降低整體系統的一個PUE的值，並且可以給芯片提供更好的一個解鎖算力的能力。”

綠色發展機遇顯現

在“東數西算”和“雙碳”戰略下，以綠色節能為中心，數據中心領域出現新需求，推動包括散熱、製冷、節能技術的發展，有機會進一步形成新產業鏈。綠色發展機遇開始顯現。但很顯然，數據中心“綠色化”概念，並非個體的單打獨鬥，而是整個生態系統的孵化。

在王飛看來，如何把產品和解決方案做好，在時間上十分緊迫。“我們把產品線擴大，增加P核和E核，這也是針對東數西算的一個比較好的應用場景。同時東數西算項目的落地，意味着數據密集型的數據中心將在西部建成，這裏的業務要求是不太一樣的，效率是更高的一個着眼點，吞吐量也是着眼點，所以P核和E核組合，總有一款是適合客户的一些工作負載的需求。所以總體來説，東數西算是大家一個更好的機會，只是這個緊迫感更高一點。”

同時，在西部地區數據中心建設中服務器的採購，以及綠色能源使用的商機，這也是再過去沒有的。

王飛介紹，英特爾數據中心部門已積累了多年液冷技術發展經驗，包括參考設計和廠商合作案例，並在中國組建了散熱技術專家的團隊。

在鄭國良看來，面對東數西算，新華三以及開始新一輪的業務佈局：“整個東數西算來看，對於我們來説，是一個需求，也是一個機遇，我們會加大這一方面的投入，包括對節能技術的投入和低功耗技術的投入。”