中國儲能網(wǎng)訊：隨著我國數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，算力賦能場景日新月異。伴隨著ChatGPT迅速“破圈”，AI驅(qū)動算力呈指數(shù)級增長，使得數(shù)據(jù)資源的計算、存儲和應用需求快速擴張，數(shù)據(jù)中心等算力基礎設施的高密度、高算力發(fā)展已成必然趨勢。與此同時，在“雙碳”戰(zhàn)略驅(qū)動下，數(shù)據(jù)中心也面臨著高能效的發(fā)展要求，利用風冷散熱的傳統(tǒng)方式已無法滿足數(shù)據(jù)中心業(yè)務增長與節(jié)能降碳的雙重需求，先進的液冷技術(shù)為數(shù)據(jù)中心帶來了全新的曙光。
數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)主要分為冷板式和浸沒式。其中，采用冷板式液冷技術(shù)，服務器等發(fā)熱器件無需直接接觸冷卻液，對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設備改動較小，可操作性更強、成熟度更高、應用較廣泛。浸沒式液冷技術(shù)使用冷卻液作為熱傳輸媒介，借助液體優(yōu)越的導熱率和比熱容特性，可以更快地傳導以及更有效地吸收熱量，支持更高的部署密度，節(jié)能效果也更佳。近幾年，中國信息通信研究院（以下簡稱“中國信通院”）瞄準政策方向與產(chǎn)業(yè)需求，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)各方加快在液冷領域的技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證和標準研究，持續(xù)推動液冷服務器、冷卻液、液冷基礎設施等更新迭代，優(yōu)化液冷技術(shù)解決方案，推進產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟，以期更大規(guī)模地部署應用液冷技術(shù)，切實緩解數(shù)據(jù)中心的高能耗壓力，助力我國算力產(chǎn)業(yè)走向綠色低碳發(fā)展之路。
液冷需求為何越“燒”越旺
一方面，智能計算中心、邊緣數(shù)據(jù)中心等新型算力基礎設施興起，加快了算力基礎設施高密度部署的步伐，發(fā)展需求促使制冷技術(shù)革新。得益于算力應用場景的日漸豐富，各類計算加速芯片不斷問世，多元化算力價值進一步顯現(xiàn)。同時這也引起了數(shù)據(jù)中心功率密度不斷升高，尤其是芯片制程提升趨緩導致了芯片的功耗升高。通用CPU的TDP（熱設計功耗）持續(xù)增加，已從最初的100W左右逐步增加到400W，用于AI訓練的GPU單機可高達10kW，高密度部署下的散熱問題成為數(shù)據(jù)中心算力升級路上的“絆腳石”。液冷技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)風冷式服務器冷卻模式，可實現(xiàn)服務器級乃至芯片級高效散熱，為數(shù)據(jù)中心CPU、GPU超頻工作提供散熱支撐，有效解決數(shù)據(jù)處理模型越來越復雜、數(shù)據(jù)處理量“爆炸性”增長等業(yè)務難題，為智能計算中心、邊緣數(shù)據(jù)中心等新型數(shù)據(jù)中心提供了高效的散熱解決方案。
另一方面，在“雙碳”“東數(shù)西算”等國家戰(zhàn)略驅(qū)動下，行業(yè)愈發(fā)重視算力基礎設施的高質(zhì)量發(fā)展。國家“雙碳”戰(zhàn)略對數(shù)據(jù)中心能源效率提出了新要求，各級主管部門越來越重視數(shù)據(jù)中心的能耗管理，不斷出臺相關政策引導數(shù)據(jù)中心節(jié)能發(fā)展?！皷|數(shù)西算”工程致力于提升國家整體算力水平，在優(yōu)化數(shù)據(jù)中心投資建設布局的同時，也強調(diào)了能效和可再生能源的使用要求。對此，產(chǎn)業(yè)界積極響應國家號召，大力優(yōu)化算力基礎設施用能結(jié)構(gòu)，尋求新的技術(shù)路徑以加強綠色設計，液冷正是其中一項行之有效的技術(shù)方案。依托全新的液冷散熱系統(tǒng)及配套的在線監(jiān)測系統(tǒng)，在保證冷卻液穩(wěn)定工作的基礎上，部分數(shù)據(jù)中心可實現(xiàn)PUE低于1.1。
此外，越來越多投資建設主體研判未來業(yè)務演進趨勢，克服改造難度和運營成本問題，逐漸部署液冷。早在2019年，工業(yè)和信息化部等三部門聯(lián)合發(fā)布的《關于加強綠色數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》，就對能源資源利用效率較低的在用老舊數(shù)據(jù)中心的改造提出了明確要求。各地主管部門積極響應號召，如北京市經(jīng)濟和信息化局印發(fā)的《北京市數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌發(fā)展實施方案（2021—2023年）》提出，“按照‘以舊換新、增減替代’原則推動存量數(shù)據(jù)中心的改造升級”；上海市經(jīng)濟信息化委等部門發(fā)布的《關于推進本市數(shù)據(jù)中心健康有序發(fā)展的實施意見》提出，“充分發(fā)揮政府引導和市場機制調(diào)節(jié)作用，推動小散老舊數(shù)據(jù)中心升級改造，促進存量數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化”。然而要達到改造后能效提升的目標，數(shù)據(jù)中心運營方不僅要更新或淘汰低效的老舊設備，還要對機房內(nèi)制冷、供電等設施及系統(tǒng)進行全面升級，這往往需要消耗大量人力、物力，同時還存在業(yè)務中斷的風險。因此，部分大型數(shù)據(jù)中心投資建設主體在新建數(shù)據(jù)中心時逐漸傾向于將液冷作為首選方案。
行業(yè)痛點仍然存在，眾人拾柴火焰高
為滿足不斷提升的計算需求、緩解日益突出的能耗問題，數(shù)據(jù)中心將目光轉(zhuǎn)向散熱能力出色的液冷，而與之相隨的諸多挑戰(zhàn)也值得業(yè)界關注。
一是液冷產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同困難。液冷作為高新技術(shù)，覆蓋多學科、多領域，產(chǎn)業(yè)鏈上中下游涉及企業(yè)廣泛，各企業(yè)的技術(shù)路徑多種多樣、新興產(chǎn)品千差萬別，因此，液冷進行標準化適配與部署的難度很大，加之缺乏統(tǒng)一的技術(shù)行業(yè)標準和規(guī)范引導，難以實現(xiàn)規(guī)?；茝V應用。
二是液冷系統(tǒng)可靠性仍有待提升。液冷系統(tǒng)中的管路容易出現(xiàn)腐蝕、沉積、漏液或堵塞等風險，由于缺乏充分的規(guī)模部署驗證，目前液冷數(shù)據(jù)中心的可靠性問題存在一定爭議，尤其是浸沒式液冷，冷卻材料的兼容性與可靠性對系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關重要。
三是液冷部署成本較高。相較于風冷，不管是數(shù)據(jù)中心直接部署液冷，還是進行液冷化改造，初期投資以及全生命周期成本均較高。此外，液冷的運維難度比較大，比如浸沒式液冷需要使用吊臂插拔，液體容易揮發(fā)，使得整體運維成本提升。
中國信通院推動產(chǎn)業(yè)界協(xié)同創(chuàng)新
面向液冷領域，中國信通院近年來取得了多項代表性成果。自2017年依托中國通信標準化協(xié)會開放數(shù)據(jù)中心標準推進委員會（ODCC）成立“冰河”液冷項目組以來，中國信通院聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游開展了液冷方面的關鍵技術(shù)研究、標準制定、聯(lián)合測試實驗等多項工作。具體包括：2018年發(fā)布第一版《液冷技術(shù)與應用發(fā)展白皮書》；2019年出版國內(nèi)首本液冷科普書籍《液冷革命》；2019年牽頭發(fā)布6項液冷系列團體標準，打破了我國數(shù)據(jù)中心領域液冷標準的空白；2021年聯(lián)合UDP、ITU在全球聯(lián)合發(fā)布題為《Innovative Data Centre Cooling Technologies in China-Liquid Cooling Solution》的液冷研究報告；2022年上述6項液冷系列團體標準正式升級為行業(yè)標準，繼續(xù)規(guī)范和引導產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展。
隨著研究的不斷深入，中國信通院持續(xù)加強在液冷細分技術(shù)領域的研究。聚焦冷卻液的規(guī)范化研制與使用，中國信通院聯(lián)合40余家單位共同編制《浸沒式冷卻液可靠性規(guī)范》，并于2022年在ODCC峰會上正式發(fā)布1.0版本，目前該規(guī)范仍在持續(xù)迭代中。立足浸沒式液冷產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2021年在ODCC冬季全會上，中國信通院云大所與阿里、OPPO聯(lián)合設立“浸沒液冷智算產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”，在由論壇主辦的“2023年浸沒液冷智算產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇（衢州）”上，發(fā)布了涵蓋浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心建設、運營、熱回收等多個環(huán)節(jié)的9項研究成果。面向冷板式液冷推廣應用，在2022年ODCC峰會上，中國信通院聯(lián)合超聚變發(fā)布《冷板式液冷服務器可靠性白皮書》，目前正聯(lián)合各單位開展《冷板式液冷整機柜服務器技術(shù)要求和測試方法》行業(yè)標準以及《數(shù)據(jù)中心冷板式液冷發(fā)展研究報告》藍皮書的編寫工作。
接下來，中國信通院將繼續(xù)依托ODCC這一領先的行業(yè)平臺，聯(lián)合業(yè)界組織運營“冰河”項目，緊跟市場需求、緊抓產(chǎn)業(yè)痛點，繼續(xù)在液冷領域開展技術(shù)創(chuàng)新與標準研究，助力我國液冷產(chǎn)業(yè)早日實現(xiàn)騰飛。
伴隨著新一代綠色低碳數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃建設，液冷作為一項革命性技術(shù)，正逐步走向規(guī)?；?。針對本文提到的挑戰(zhàn)，未來行業(yè)更應以需求為牽引，吸引更多企業(yè)參與到產(chǎn)業(yè)鏈的建設中，加強研發(fā)投入，形成規(guī)范標準共識，從而降低液冷的整體建設部署成本，助力液冷技術(shù)實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益與環(huán)境效益的最大化，推進整個行業(yè)良性發(fā)展。
