隨著東數(shù)西算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、醫(yī)藥研發(fā)、機(jī)器識(shí)別等領(lǐng)域的發(fā)展，如何構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心越來(lái)越成為科研人員的研究方向。下面本文將詳細(xì)介紹：

隨著CPU性能及核心數(shù)越來(lái)越強(qiáng)大，如何散熱也是個(gè)重要問題，特別是對(duì)數(shù)據(jù)中心處理器來(lái)說，50+核心的至強(qiáng)功耗都上400W了，傳統(tǒng)的風(fēng)冷手段顯然已經(jīng)不夠用，為此Intel宣布投資47億人民幣研發(fā)全新的液冷散熱技術(shù)。新建20萬(wàn)平方英尺（1.85萬(wàn)平方米）的大型實(shí)驗(yàn)室，專注于研發(fā)創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心技術(shù)，解決散熱、冷卻等問題。

這項(xiàng)投資是為了應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心消耗約 1% 且不斷增長(zhǎng)的全球電力需求，約占全球碳排放量的 0.3%。英特爾表示：“投資標(biāo)準(zhǔn)化冷卻技術(shù)和研發(fā)以促進(jìn)未來(lái)的創(chuàng)新，加強(qiáng)了英特爾對(duì)更可持續(xù)技術(shù)解決方案的承諾?！?研究表明，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的使用相比，具有能源再利用的浸沒式冷卻可以減少 45% 的碳排放。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室將建在美國(guó)俄勒岡州希爾斯伯勒的瓊斯農(nóng)場(chǎng)園區(qū)，預(yù)計(jì)2023年開放。

實(shí)驗(yàn)室將盡一切努力推動(dòng)英特爾數(shù)據(jù)中心各種產(chǎn)品的認(rèn)證和測(cè)試，包括Intel Xeon、Intel Optane、網(wǎng)絡(luò)接口和交換設(shè)備、Intel Agilex FPGA、Xe架構(gòu)、Habana加速器以及正在開發(fā)的未來(lái)產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)室也會(huì)舉行先進(jìn)技術(shù)演示，讓客戶和合作伙伴在實(shí)驗(yàn)室中觀察和測(cè)試英特爾產(chǎn)品在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的性能，從而加速新技術(shù)在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

據(jù)英特爾員工介紹液冷散熱跟常見的水冷不一樣，浸沒式液冷意味著整個(gè)芯片及電路板都要放在充滿專用冷卻液的機(jī)柜中，這種材料的要求很高，具有非常高的介電強(qiáng)度和優(yōu)異的材料相容性，還要具備透明、無(wú)味、不可燃、非油基、低毒性、無(wú)腐蝕性、運(yùn)行溫度范圍廣、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，比純水要求高得多。

此外，英特爾推出的業(yè)界首款Open IP數(shù)據(jù)中心浸沒式液體冷卻解決方案和參考設(shè)計(jì)，則是一個(gè)開放、易部署、易擴(kuò)展的完整冷卻解決方案。Open IP數(shù)據(jù)中心浸沒式液體冷卻完整解決方案及參考設(shè)計(jì)，將首度獲得生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴的授權(quán)，與產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求相互契合，英特爾、生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴和環(huán)境將可持續(xù)發(fā)展，技術(shù)合作將創(chuàng)造三贏局面。最初的解決方案和概念驗(yàn)證將由臺(tái)灣英特爾和整個(gè)臺(tái)灣生態(tài)系統(tǒng)分階段完成，并計(jì)劃擴(kuò)展到全球市場(chǎng)。

英特爾第一階段推出的數(shù)據(jù)中心浸沒式冷卻完整解決方案采用單相液體冷卻，服務(wù)器沉浸在不導(dǎo)電液體中。單一槽體的英特爾參考槽體設(shè)計(jì)為12U的容量和15kW的散熱能力為出發(fā)基準(zhǔn)，內(nèi)部兼容通用和模塊化兩種外形規(guī)格，并享有24U、36U、48U、最大達(dá)54U和目前可達(dá)單一槽體180kW的散熱能力。也有未來(lái)可配合系統(tǒng)升級(jí)提高冷卻能力的設(shè)計(jì)，享有從邊緣再到大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的極佳擴(kuò)展性。

在數(shù)據(jù)中心冷卻解決方案方面，臺(tái)灣具有獨(dú)特的地位，擁有相當(dāng)完整的先進(jìn)冷卻和冷卻技術(shù)的全球生態(tài)系統(tǒng)。大約90%的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器由總部位于臺(tái)灣的廠商提供。

Intel日前已完成Xeon可擴(kuò)展處理器的概念驗(yàn)證，輕松完成小于1.15的PUE，超過Green Grid聯(lián)盟的最高級(jí)別白金PUE小于1.25。未來(lái)，可通過優(yōu)化系統(tǒng)和服務(wù)器設(shè)置來(lái)設(shè)置小于1.07的PUE。目前，許多系統(tǒng)集成商和散熱解決方案供應(yīng)商都表示了很高的興趣，并將很快完成首個(gè)亞太地區(qū)數(shù)據(jù)中心實(shí)際應(yīng)用的概念驗(yàn)證，并逐步推向亞太地區(qū)以外的全球市場(chǎng)。

預(yù)計(jì)2025年，數(shù)據(jù)中心每個(gè)機(jī)架的功率密度將大幅提升，英特爾已經(jīng)開發(fā)出30 ~ 180 kW的單相浸沒式冷卻能力來(lái)做對(duì)應(yīng)。

液冷數(shù)據(jù)中心有哪些優(yōu)勢(shì)？

液冷數(shù)據(jù)中心有以下五點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

一、液冷技術(shù)的高效制冷可有效提升服務(wù)器的使用效率和穩(wěn)定性

液體導(dǎo)熱效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快更好，可以實(shí)現(xiàn)IT設(shè)備的高效制冷。同時(shí)由于液體比熱容高，吸收大量熱量后自身溫度不會(huì)發(fā)生明顯變化，因此可以設(shè)定CPU溫度。即使服務(wù)器遇到突發(fā)運(yùn)行，運(yùn)行功率的激增也不會(huì)導(dǎo)致CPU內(nèi)部溫度大幅上升，保證了CPU在一定范圍內(nèi)超頻時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過熱故障。

二、應(yīng)用液冷技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能

首先，與傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心相比，液冷數(shù)據(jù)中心省去了空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)的風(fēng)冷基礎(chǔ)設(shè)施，增加了循環(huán)泵，可以節(jié)省建設(shè)成本。其次，與風(fēng)冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心可節(jié)能30%左右，有效降低能耗比，可以將PUE(數(shù)據(jù)中心能效指標(biāo))降至1.05，符合綠色數(shù)據(jù)中心的要求。最后，在相同的散熱條件下，液冷系統(tǒng)使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比噪聲更小，可以達(dá)到“靜音機(jī)房”的效果。

三、應(yīng)用液冷技術(shù)有助于提高數(shù)據(jù)中心單位空間的服務(wù)器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算效率

液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻劑系統(tǒng)，但省略了空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，節(jié)省了大量空間，可以容納更多的服務(wù)器。同時(shí)，液冷技術(shù)的冷卻能力優(yōu)良，可以應(yīng)對(duì)高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)中心可以配備高密度服務(wù)器，從而獲得更高的計(jì)算效率。

四、液體冷卻服務(wù)器能夠無(wú)視海拔和地域等環(huán)境影響

數(shù)據(jù)中心是一個(gè)電子設(shè)備密集型的地方。影響數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的因素很多，其中海拔很少被提及，但對(duì)數(shù)據(jù)中心的影響很大。海拔越高，大氣壓力或空氣密度越低，導(dǎo)致空氣介質(zhì)冷卻效果和空氣散熱能力降低。對(duì)于風(fēng)冷的數(shù)據(jù)中心，散熱能力下降，溫度上升。因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，需要降低空調(diào)系統(tǒng)的溫度，這樣會(huì)造成更多的能量損失。與空氣相比，液體的比熱容不受海拔和氣壓的影響。因此，液冷數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的散熱效率與低海拔地區(qū)相同，仍然可以保持較高的散熱效率，保證高海拔地區(qū)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行效率和性能。

五、液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值

數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備24小時(shí)運(yùn)行，散發(fā)著巨大的熱能。如果這些熱量直接排放到大氣中，對(duì)環(huán)境來(lái)說是一種能源浪費(fèi)。液冷數(shù)據(jù)中心的熱量是以液體為載體，通過熱交換可以直接接入建筑供暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖和溫水供應(yīng)需求。它不僅節(jié)約了能源，還為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了額外的價(jià)值。

浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心把計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于液冷環(huán)境進(jìn)行完全重構(gòu)，將IT設(shè)備浸沒在絕緣無(wú)腐蝕性的冷卻液中，熱量被冷卻液吸收后直接通過冷卻系統(tǒng)高效地傳導(dǎo)到外界，打破風(fēng)冷散熱瓶頸且實(shí)現(xiàn)PUE逼近1.0，同時(shí)密封的箱體保障IT設(shè)備不受潮濕、有害氣體、振動(dòng)影響，提升設(shè)備可靠性達(dá)50%以上。

藍(lán)海大腦作為液冷數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商，在高性能計(jì)算環(huán)境中提供實(shí)時(shí)的電源、熱能和利用率分析，從而改善服務(wù)器的利用率和正常運(yùn)營(yíng)時(shí)間；通過使用智能配電單元，可以收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無(wú)需部署昂貴的冗余基礎(chǔ)設(shè)施；構(gòu)建實(shí)時(shí)熱圖，無(wú)需猜測(cè)是冷卻不足或過度冷卻；精細(xì)的機(jī)架級(jí)溫度監(jiān)控能夠識(shí)別超出范圍的溫度讀數(shù)，從而可以立即采取措施；通過實(shí)時(shí)子組件監(jiān)控、錯(cuò)誤檢測(cè)、預(yù)防性運(yùn)行狀況管理和服務(wù)器固件同步，對(duì)服務(wù)器運(yùn)行狀況進(jìn)行管理；借助實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，可以減少電源故障和其他問題，通過固定組件，控制數(shù)據(jù)中心的電量使用；通過更為精細(xì)的服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)溫度可見性。

數(shù)據(jù)中心進(jìn)入液冷時(shí)代

“無(wú)論從政策角度、市場(chǎng)需求還是技術(shù)成熟度來(lái)看，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)進(jìn)入液冷時(shí)代?！痹谌涨芭e行的“2022數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)研討會(huì)”上，中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)呂天文表示，液冷技術(shù)的興起為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗帶來(lái)了無(wú)限可能。
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據(jù)悉，液冷技術(shù)是指用液體代替空氣作為冷媒，與發(fā)熱部件進(jìn)行熱交換并帶走熱量的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)80年代。在20世紀(jì)90年代，一些通信設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用液冷基站。隨著云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)中心需要更高的功率和大規(guī)模部署。液冷的概念已經(jīng)正式提出，液冷技術(shù)也逐漸成熟。

目前，隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，能耗的快速增長(zhǎng)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展中不可忽視的問題。“東數(shù)西算”工程的全面啟動(dòng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗提出了更高的要求。從市場(chǎng)需求來(lái)看，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)中心散熱的時(shí)效性要求。數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力由芯片決定，但是隨著主流芯片在整個(gè)服務(wù)器中的功耗不斷增長(zhǎng)，單機(jī)柜功率密度將從現(xiàn)在的4KW、6KW提高到15KW、20KW，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)受到了很大的限制。液冷技術(shù)不僅能滿足數(shù)據(jù)中心高密度、低能耗的發(fā)展需求，還將推動(dòng)數(shù)據(jù)中心各種配置和部件的優(yōu)化和創(chuàng)新，帶來(lái)持續(xù)的優(yōu)化變革。

據(jù)介紹，液體冷卻技術(shù)根據(jù)液體冷媒與熱源的接觸方式可分為冷板式(間接接觸)、噴淋式(直接接觸)和浸沒式(直接接觸)。相比較而言，浸沒式液冷技術(shù)更能滿足節(jié)能降耗的需求，已成為數(shù)據(jù)中心制冷的首選。

據(jù)悉，現(xiàn)在很多頭部IT公司都加強(qiáng)了在數(shù)據(jù)中心液冷市場(chǎng)的產(chǎn)品研發(fā)力度。據(jù)市場(chǎng)權(quán)威分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2026年，液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的初步估值將達(dá)到1205億美元。

據(jù)了解，中國(guó)在液冷技術(shù)方面一直走在世界前列。國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)液冷技術(shù)有著長(zhǎng)期的實(shí)踐和研究，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的計(jì)算廠商已經(jīng)依托“浸沒相變液冷”技術(shù)，形成了完整的貼合數(shù)據(jù)中心需求的液冷方案。結(jié)合不同的制冷原理研發(fā)出了節(jié)能減碳效果更好的方案，實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)能、集約高效和安全可靠的計(jì)算技術(shù)。

據(jù)了解，不久前啟動(dòng)的“東數(shù)西算”成渝樞紐節(jié)點(diǎn)西部(重慶)科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，有望建成國(guó)內(nèi)最大的液冷數(shù)據(jù)中心。西部(重慶)科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中心主任謝華表示，在節(jié)能方面，數(shù)據(jù)中心采用了浸沒式冷卻技術(shù)、余熱回收、綠色建筑、清潔能源(光伏)等多種相關(guān)技術(shù)。同時(shí)，為了全面提升機(jī)房散熱效率，降低機(jī)房整體能耗，數(shù)據(jù)中心在能源使用、機(jī)架選擇、散熱規(guī)劃、機(jī)房設(shè)計(jì)等方面做出努力，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排目標(biāo)。

“行業(yè)的綠色化、集約化發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。基于多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?，浸沒式液體冷卻技術(shù)將迎來(lái)快速發(fā)展的機(jī)遇期。”呂天文表示，液冷時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，冷板、浸沒等液冷技術(shù)將成為“雙碳”背景下新型數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配，浸沒式液冷技術(shù)將成為未來(lái)高密度數(shù)據(jù)中心的主流必需品。

審核編輯：符乾江