熱浪滾滾，噪聲隆隆，仿佛過火焰山般地煎熬，恐怕是很多進(jìn)過機(jī)房的朋友共同的感受。如今，這樣的局面正逐步得到改善。
在南京濱江中興通訊的智能制造基地里，機(jī)房的幾排服務(wù)器和通信設(shè)備正在高效有序的運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，身處房間的人們卻絲毫感受不到炎熱與嘈雜。
設(shè)備機(jī)柜中投射的點(diǎn)點(diǎn)藍(lán)光，宛如沁人心脾的海水，詮釋著其中的奧秘。這個(gè)名為全液冷數(shù)據(jù)中心的場所，就是中興打造的通過液體環(huán)流實(shí)現(xiàn)降溫的新一代數(shù)據(jù)中心。
PUE指標(biāo)日趨嚴(yán)格，機(jī)房建設(shè)面臨新挑戰(zhàn)
若干年前，當(dāng)數(shù)據(jù)作為一種新型生產(chǎn)要素被寫入中央文件，數(shù)字化與實(shí)體產(chǎn)業(yè)融合的浪潮便開始席卷神州，為我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展注入了強(qiáng)大的生命力。近日，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布的白皮書顯示，2021年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)45.5萬億元，總量已居世界第二位。
隨著海量數(shù)據(jù)以生產(chǎn)要素的形態(tài)，向社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域滲透，各行各業(yè)對(duì)算力的需求正快速增長。數(shù)據(jù)中心作為可提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、流通的算力基礎(chǔ)設(shè)施，也迎來了大規(guī)模建設(shè)的發(fā)展機(jī)遇。
據(jù)中國通信院數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架2.5kW統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2022年我國數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模將達(dá)到670萬架，近五年復(fù)合年均增長率超過30%。
今年初開始，國家層面又陸續(xù)提出了“東數(shù)西算”全國一體化數(shù)據(jù)中心建設(shè)、全國一體化政務(wù)大數(shù)據(jù)體系建設(shè)、全民健康信息平臺(tái)支撐保障體系建設(shè)等一系列數(shù)字化發(fā)展要求，有望進(jìn)一步加速全國數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。
不過，數(shù)據(jù)中心在加速建設(shè)的同時(shí)，也面臨著高能耗的問題。
工信部數(shù)據(jù)顯示，2021年我國數(shù)據(jù)中心耗電量為2,166億kWh，占社會(huì)總耗電量的2.6%，這其中除了設(shè)備自身的運(yùn)行外，最大的用電來自于機(jī)房的散熱系統(tǒng)。根據(jù)一些機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心用于散熱的能耗占比，甚至能超過整個(gè)數(shù)據(jù)中心的40%。
從國家層面來看，散熱能耗占比過高的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，顯然不符合“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及社會(huì)節(jié)能減排的大趨勢(shì)。
2021年7月，工信部印發(fā)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》，針對(duì)數(shù)據(jù)中心耗能大的特點(diǎn)，要求新建數(shù)據(jù)中心能效水平穩(wěn)步提升、PUE逐步降低，可再生能源利用率逐步提高。東數(shù)西算政策要求東部城市數(shù)據(jù)中心樞紐節(jié)點(diǎn)PUE在1.25以下，西部城市數(shù)據(jù)中心樞紐節(jié)點(diǎn)PUE在1.2以下。
為達(dá)到國家對(duì)新建數(shù)據(jù)中心的能耗要求，如何減少機(jī)房的散熱能耗，便成了各方急需解決的問題。
節(jié)能效果提升明顯，液冷系統(tǒng)逐漸流行
目前，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的散熱方式，主要通過風(fēng)冷手段進(jìn)行，即以空氣作為冷媒帶走熱量。這就需要配備大量的機(jī)房空調(diào)和風(fēng)機(jī)，不僅能耗高，還會(huì)帶來較大的噪聲污染。根據(jù)CDCC的報(bào)告，傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心的PUE僅能做到1.5-1.8，與國家要求的指標(biāo)還有較大差距。
而且隨著算力設(shè)備功率的提升，以及社會(huì)對(duì)高密度、超高密度數(shù)據(jù)中心需求的增長，風(fēng)冷降溫的手段正日漸式微。
作為近年來新出現(xiàn)的散熱手段，液冷技術(shù)使用各類液體充當(dāng)冷媒，與設(shè)備的發(fā)熱部件進(jìn)行熱交換，能為數(shù)據(jù)中心帶來更高效的降溫體驗(yàn)，采用自然冷卻無需機(jī)械輔助制冷，可有效降低散熱系統(tǒng)的能耗，大幅提升設(shè)備運(yùn)行的溫控效率。
據(jù)中銀證券測算，以單機(jī)房為例，假設(shè)200臺(tái)服務(wù)器總功率為192kW，液冷方案比傳統(tǒng)風(fēng)冷方案可省電30%，雖然新投入的液冷建設(shè)成本有所提升，但整體節(jié)約的運(yùn)行成本隨著使用年限的增長逐步增加，三年和五年的項(xiàng)目成本，液冷較風(fēng)冷可減少7%和12%。
傳統(tǒng)的風(fēng)冷方式可以滿足10kW/機(jī)柜以內(nèi)的數(shù)據(jù)中心散熱需求，但當(dāng)功率密度繼續(xù)升高，30kW/機(jī)柜是風(fēng)冷散熱能力的極限，而液冷方式可滿足最高200kW/機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心散熱需求。
從行業(yè)的技術(shù)路線來看，主流的液冷方案有冷板式、浸沒式液冷兩種，前者主要是通過在熱源上覆蓋水冷板，依靠流經(jīng)冷板的液體將熱量帶走；后者則是將熱源直接浸沒在冷卻液中，通過冷卻液循環(huán)帶走熱量。
盡管從效果來看，直接接觸液體可以更有效的利用液體的比熱容，但考慮到技術(shù)成熟度、可靠性、技術(shù)通用性、結(jié)構(gòu)顛覆性等多方面因素，當(dāng)前液冷數(shù)據(jù)中心以冷板式液冷占據(jù)主流地位。
中興一體化液冷方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)房場景全覆蓋
作為ICT賽道的重度玩家，中興通訊在液冷技術(shù)領(lǐng)域有著豐富的技術(shù)積累和應(yīng)用。目前，公司主攻冷板式液冷，已完成單板級(jí)、插箱級(jí)、機(jī)柜級(jí)、機(jī)房級(jí)四個(gè)不同維度的液冷技術(shù)突破。
在近期召開的2022數(shù)據(jù)中心工程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)年度論壇上，中興通訊將自身在液冷技術(shù)方面的實(shí)踐進(jìn)行了商業(yè)化的方案包裝推向市場，一經(jīng)推出便收獲了“數(shù)據(jù)中心科技成果獎(jiǎng)”。這意味著公司濱江基地清涼機(jī)房的場景，有望在千行百業(yè)得到復(fù)制。
據(jù)公司的液冷技術(shù)白皮書介紹，中興通訊本次推出的ICT液冷一體化解決方案，可實(shí)現(xiàn)DC液冷數(shù)據(jù)中心機(jī)房、IT液冷服務(wù)器設(shè)備、CT液冷路由交換設(shè)備的一體化集成開發(fā)、交付，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本。
以公司建設(shè)的單機(jī)柜設(shè)計(jì)總功率密度20kW的數(shù)據(jù)中心為例，其中液冷散熱比例70%，熱管背板散熱比例30%，水冷背板與冷板式液冷系統(tǒng)共用外部冷卻水塔冷源，實(shí)測數(shù)據(jù)中心PUE值可小于1.15。指標(biāo)數(shù)據(jù)完全滿足國家級(jí)數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)際上，為確保能給客戶提供更節(jié)能、更可靠、更省錢和更快速的液冷數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案。中興通訊在方案的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，下了不少功夫。
例如，系統(tǒng)層面，公司將液冷系統(tǒng)與ICT設(shè)備控制聯(lián)動(dòng)，通過AI實(shí)時(shí)調(diào)控運(yùn)行參數(shù)保持最低運(yùn)行能耗，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，做出異常情況的提前預(yù)判、及時(shí)警告和處理。交付層面，公司則提供了產(chǎn)品及機(jī)房級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，最大程度促進(jìn)組件共用和控制優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的建設(shè)。
此外，由于數(shù)據(jù)中心實(shí)際建設(shè)中，液冷系統(tǒng)主要解決IT設(shè)備CPU、GPU、內(nèi)存等主要發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量（60%-80%），IT設(shè)備內(nèi)剩余的發(fā)熱量（20%-40%）仍需要通過空調(diào)系統(tǒng)解決。
為適配不同的應(yīng)用場景和客戶需求，中興通訊的方案中，還提供了間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)、氟泵雙循環(huán)空調(diào)、高效冷凍水系統(tǒng)等多種數(shù)據(jù)中心新型高能效空調(diào)系統(tǒng)解決方案，滿足西部樞紐節(jié)點(diǎn)PUE<1.2，東部樞紐節(jié)點(diǎn)PUE<1.25的需求。
如今，“東數(shù)西算”戰(zhàn)略工程、一體化政務(wù)大數(shù)據(jù)體系建設(shè)等需求不斷，作為算力基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心規(guī)模將不斷擴(kuò)大。在國家“雙碳”目標(biāo)以及自上而下節(jié)能減排的要求下，散熱方面優(yōu)勢(shì)明顯的“液冷時(shí)代”即將到來，或有望給像中興一樣的行業(yè)玩家?guī)硇碌臋C(jī)會(huì)。
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