液冷技術讓數據中心降溫又降碳

劉艷

在5G等新技術的快速普及下，數據中心已成為數字經濟發展的關鍵基礎設施和重要支撐，數據中心的建設規模和數量快速增長，龐大的設施體量以及日益增長的算力需求使得傳統風冷技術已無法滿足數據中心日益增長的散熱需求，液冷幾乎成為未來新型數據中心建設的“唯一選擇”。

6月28日，中國移動董事長楊杰在上海世界移動通信大會上指出，中國移動既是技術發展的推動者，也是產業合作的受益者，為推動算力在物理空間、邏輯空間、異構空間及多主體間融通發展，中國移動正開創性地部署算力網絡，建設新型智算中心，努力為用戶提供方便快捷、即取即用的算力服務。

算力需求井噴，數據中心作為承載數據的關鍵，為我國數字經濟的高質量發展提供了核心驅動力，而促進數據中心的綠色低碳和可持續發展也已成為“不可逆”的大趨勢。液冷技術憑借其在制冷方面節能降碳的突出優勢，成為數據中心建設的重要選擇。中國移動、中國電信、中國聯通在此前發布的《電信運營商液冷技術白皮書》（以下簡稱《白皮書》）中倡議，業界應攜手解決當前液冷技術和產品接口規范標準不夠完善、原創技術不夠成熟、產業生態不夠健全等系列問題。隨著我國數字經濟轉向深化應用、規范發展、普惠共享的新階段，電信運營商將逐漸成為液冷生態的主導者、設計者、構筑者，推進液冷產業生態逐漸成熟。

數據中心進入“液冷時代”

如聯想集團副總裁、中國區首席市場官王傳東所言，數據中心是數據流動、接收、處理、存儲和轉發的“中樞大腦”，傳統風冷技術已無法滿足數據中心日益增長的散熱需求。

中國移動計劃建設部副總經理商亮指出，在5G等新技術的快速普及下，數據中心已成為數字經濟發展的關鍵基礎設施和重要支撐，在技術、政策、需求等多重力量推動下，傳統數據中心正加速與網絡、云計算融合發展，向新型數據中心演進。

華為數據中心集成解決方案首席專家遲九虹強調，數據中心機架年均增速超過30%，已成為賦能千行百業的重要“數字底座”。

以“東數西算”工程正式啟動為標志，數據中心的建設規模和數量快速增長，龐大的設施體量以及日益增長的算力需求，使得液冷幾乎成為未來新型數據中心建設的“唯一選擇”。

2008年，IBM發布液冷超級計算機Power575，液冷技術初登場。2012年，聯想發布溫水水冷技術。在今年的上海世界移動通信大會上展示的第6代溫水水冷技術，已實現了對中央處理器、圖形處理器、內存以及電源等關鍵部件的全水冷散熱設計。

雖然液冷技術已經發展了近20年，但產業爆發的“拐點”卻出現在最近兩三年。我國雖然起步稍晚，但發展進程基本與世界同步。

2011年，中科曙光率先開始了服務器液冷技術研究；2013年推出了首臺冷板式液冷服務器原理機和首臺浸沒式液冷原理驗證機，2019年實現了全球首個刀片式相變浸沒液冷技術大規模部署。

根據賽迪顧問的預測，逐漸增長的數據中心算力將推動高功率單機柜快速普及，預計2025年全球數據中心平均功率提升至25千瓦，液冷變革勢在必行，數據中心也將進入“液冷時代”，預計2025年中國液冷數據中心的市場滲透率將達到20%以上。

液冷技術有多條發展路線

數據中心是“數字經濟的發動機”，也是能耗居高不下的“電老虎”。以功率密度為2.5千瓦的標準機架計算，機架規模在10000以上的超大型數據中心，每年的耗電量為億度級別，其中因散熱而消耗的電量占據了很大比例。相較于傳統的風冷系統，液冷技術的出現從根本上改善了主設備的散熱形式，更能滿足高密機柜芯片級精確制冷，具有更節能、更節地、噪聲低等優點。

按照《白皮書》的梳理，國內目前主要的液冷技術路線分別為冷板式、浸沒式和噴淋式。

冷板式液冷是指采用液體作為傳熱工質在冷板內部流道流動，通過熱傳遞對熱源實現冷卻的非接觸液體冷卻技術。在冷板式液冷系統中，服務器芯片等發熱器件不直接接觸液體，而是通過裝配在需要冷卻的電子元器件上的冷板進行散熱。浪潮信息數據中心產品部副總經理李金波指出，冷板式液冷利用冷板中流動的冷卻液進行非接觸式散熱，對現有服務器芯片組件及附屬部件改動量小，是目前應用較早且技術成熟度較高的一種液冷散熱方案。

浸沒式液冷是將服務器完全浸入冷卻液中，全部發熱元件熱量直接傳遞給冷卻液，再通過冷卻液循環流動或蒸發冷凝相變進行散熱。其中，冷卻液循環流動的方式為單相浸沒式液冷，冷卻液蒸發冷凝相變的方式為相變浸沒式液冷，相變浸沒式液冷控制更復雜、要求更高。

浸沒式液冷相對創新性較強，但驗證性不足。單向浸沒式液冷的冷卻液流速會非常慢，相變浸沒式液冷則會存在氣和液的承壓問題，在技術的可靠性方面仍需要驗證。此外，浸沒式液冷使用的冷卻液不導電，但仍需要對冷卻液做持續的干燥處理。

噴淋式液冷則是用冷卻液直接噴淋芯片等發熱單元，通過對流換熱進行散熱，一般不需要對數據中心的基礎設施進行大幅度改動。

液冷技術產業化任重道遠

數據中心液冷市場創新極為活躍，關于浸沒式、冷板式、噴淋式等多種液冷技術孰優孰劣的討論此起彼伏。雖有“路線之爭”，但無論選擇哪種技術路線，成本仍是橫在液冷技術普惠面前的攔路虎，據業界測算，目前液冷數據中心的初期建設成本比風冷要高出10%左右，需要1.5年才可實現總擁有成本與投資回報的平衡。

此外，《白皮書》還指出，當前液冷技術存在生態不完善等問題。各家產品形態各異，產品規范化程度較低，難以標準化、規模化推廣應用。

談及當前液冷技術產業化所面臨的挑戰，浪潮信息服務器產品線總經理趙帥特別指出，液冷技術非常復雜，涉及液冷數據中心系統架構層、液冷部件及接口層、液冷基礎設施層（液冷機柜、組件、換熱設備、室外集成冷源等）、液冷監控系統層等多方面，產業鏈各企業技術路徑多種多樣，產品規格千差萬別，想要對液冷技術進行標準化適配和部署的難度很大。

一個現實的問題是，液冷技術雖然誕生較早，但此前一直處于小規模部署階段，眾多鏈條企業尚依靠“作坊式生產”的方式完成產品及服務交付，難以形成規范化、規模化發展態勢。

趙帥說：“業界積極擁抱液冷，對液冷轉換的條件提出了更高的要求，液冷產業化推進變得至關重要，需要具備高度資源整合能力的鏈主企業牽頭推進，產業生態才能有序發展。”

為此，浪潮信息投資建設了天池液冷基地，其核心目標是打通整個產業鏈，讓液冷的生產制造從過去的“單兵作戰”轉變為可批量化、可復制化、可規模化的生產方式，最終在2025年實現“風液同價”。如今，年產能超10萬臺的天池液冷基地已是亞洲最大的液冷基地，為液冷產業提產能、擴規模打造了成功的樣板。

前有液冷制造領域的“燈塔工廠”牽引，后有電信運營商集體入局，液冷行業良性發展已有目標可循。按照《白皮書》給出的三年愿景：2023年開展技術驗證；2024年開展規模測試，新建項目10%規模試點液冷技術；2025年開展規模應用，50%以上項目應用液冷技術，推進形成標準統一、生態完善、成本最優、規模應用的高質量發展格局。