液冷數(shù)據(jù)中心正成為新焦點。近年來，杭州、山東青島等地均探索液冷數(shù)據(jù)中心建設，阿里巴巴、華為、浪潮、中科曙光等頭部IT企業(yè)也開始布局液冷技術，號稱液冷數(shù)據(jù)中心每年至少可以節(jié)省30%電量。同時，市場權威分析機構預計，到2026年，液冷數(shù)據(jù)中心市場的初始估值從2018年的14.3億美元增至1205億美元，年化復合增長率達30.45%。那么，什么是液冷數(shù)據(jù)中心?目前液冷數(shù)據(jù)中心的發(fā)展情況如何?未來有哪些發(fā)展趨勢?

　　采訪者：《人民郵電》報記者 王欣
　　受訪者：

      賽迪顧問電子信息產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理 楊梽永

　　阿里云基礎設施服務器研發(fā)架構師 鐘楊帆
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術的快速發(fā)展，刷臉乘車、云辦公、云直播成為日常生活的重要部分，萬物皆可“云”的時代，數(shù)據(jù)中心正成為重要的基礎設施。
　　顯然，數(shù)據(jù)中心作為新基建的重要代表之一，已經(jīng)成為全國各地發(fā)力的焦點。近年來，在貴州成功轉(zhuǎn)型成為“大數(shù)據(jù)之都”后，河北、山東、四川等地均開始進行大數(shù)據(jù)中心建設，助力社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。而在數(shù)據(jù)中心規(guī)模建設的背后，液冷數(shù)據(jù)中心一度成為業(yè)內(nèi)的“網(wǎng)紅”，為服務器“淋浴”“泡澡”，“洗澡水”可以為附近居民供暖、提供熱水……如此神奇的黑科技究竟是什么?
　　為探究液冷數(shù)據(jù)中心的發(fā)展情況，《人民郵電》報記者采訪了賽迪顧問電子信息產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理楊梽永和阿里云基礎設施服務器研發(fā)架構師鐘楊帆。　

“淋浴”“泡澡”助力數(shù)據(jù)中心節(jié)能

Q1：
液冷數(shù)據(jù)中心是什么?
　　楊梽永：液冷數(shù)據(jù)中心是指應用液冷技術和液冷服務器等設備的數(shù)據(jù)中心，與傳統(tǒng)風冷服務器相比，液冷服務器的熱量導出方式不同。液冷是指使用液體取代空氣作為冷媒，為發(fā)熱部件進行換熱，帶走熱量的技術。而液冷服務器是指將液體注入服務器，通過冷熱交換帶走服務器熱量的一種服務器。一般來說，行業(yè)將液冷分為直接冷卻和間接冷卻。目前直接冷卻以浸沒式液冷技術為主，同時可分為相變和非相變兩種，間接冷卻以冷板式液冷技術為主。
　　鐘楊帆：浸沒式液冷技術是一種以液體作為傳熱介質(zhì)，發(fā)熱器件浸沒于液體中，通過直接接觸進行熱交換的冷卻技術。通俗理解，液冷是通過液體代替空氣，把CPU、內(nèi)存等IT發(fā)熱器件產(chǎn)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“泡澡”。目前，液冷技術可謂百花齊放，常見的有冷板式液冷、浸沒式液冷、風液混合。
Q2：
液冷數(shù)據(jù)中心有哪些優(yōu)勢?
　　楊梽永：液冷數(shù)據(jù)中心有五點優(yōu)勢。第一，液冷技術的高效制冷可有效提升服務器的使用效率和穩(wěn)定性。液體傳導熱能效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快、更優(yōu)，能夠?qū)崿F(xiàn)IT設備高效制冷。同時，由于液體的比熱容大，在吸收大量熱量后自身溫度不會產(chǎn)生明顯的變化，故而能夠穩(wěn)定CPU溫度。即使服務器遇到突發(fā)操作，運行功率激增也不會引起CPU內(nèi)部溫度大幅升高，保障CPU在一定范圍內(nèi)進行超頻工作不會出現(xiàn)過熱故障。
　　第二，應用液冷技術有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能、降噪。首先，液冷數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心相比，去掉了空調(diào)系統(tǒng)以及對應的風冷基礎設施，增加了循環(huán)泵，能夠節(jié)約建設成本。其次，與風冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心能節(jié)省約30%的能源，有效降低能源消耗比，可以將PUE(數(shù)據(jù)中心能源效率的指標)降到1.05，滿足綠色數(shù)據(jù)中心的要求。最后，在相同散熱條件下，液冷系統(tǒng)所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，可達到“靜音機房”的效果。
　　第三，應用液冷技術有助于提高數(shù)據(jù)中心單位空間的服務器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運算效率。液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻液系統(tǒng)，但是省卻了空調(diào)系統(tǒng)和相應基礎設施的建設，節(jié)省了大量空間，可以容納更多的服務器。同時，液冷技術冷卻能力優(yōu)良，足以應對高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)中心可以配置高密度的服務器，從而得到更高的運算效率。
　　第四，液體冷卻服務器能夠無視海拔和地域等環(huán)境影響。數(shù)據(jù)中心是一個電子設備密集型的場所，影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素有很多，其中海拔高度是很少被提及，但對數(shù)據(jù)中心影響很大的因素。海拔越高的地區(qū)，大氣壓或空氣密度越低，導致空氣介質(zhì)冷卻效應降低，空氣散熱能力下降。對于風冷數(shù)據(jù)中心，由于散熱能力下降，溫升增高，因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，空調(diào)系統(tǒng)的溫度需要調(diào)低，而將造成更多能量的損耗。相比空氣而言，液體比熱容不受海拔與氣壓的影響，因此高海拔地區(qū)液冷數(shù)據(jù)中心的散熱效率與低海拔地區(qū)相比無差距，仍可以保持較高的散熱效率，保證數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的運行效率和性能。
　　第五，液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟價值。數(shù)據(jù)中心IT設備24小時不間斷運行并散發(fā)巨大的熱能。若這些熱量直接排放到大氣中，對環(huán)境而言是一種能源浪費。液冷數(shù)據(jù)中心熱量是以液體為載體，可以直接通過熱交換接入樓宇采暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖、溫水供應等需求。不僅節(jié)省了能源，也為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了附加價值。
　　鐘楊帆：浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心把計算、存儲及網(wǎng)絡設備基于液冷環(huán)境進行完全重構，將IT設備浸沒在絕緣無腐蝕性的冷卻液中，熱量被冷卻液吸收后直接通過冷卻系統(tǒng)高效地傳導到外界，打破風冷散熱瓶頸且實現(xiàn)PUE逼近1.0，同時密封的箱體保障IT設備不受潮濕、有害氣體、振動影響，提升設備可靠性達50%以上。自2015年起，阿里巴巴針對不同的液冷技術和方案展開研究、探索與實踐，最終實現(xiàn)了浸沒式液冷的技術創(chuàng)新和規(guī)模部署。相比其他液冷技術，浸沒式液冷具有高能效、高密度、高可靠、高可用等特點，更加適合云計算數(shù)據(jù)中心的高可靠應用場景。

國內(nèi)普及加快應用案例豐富

Q3：
國內(nèi)液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展情況如何？
　　楊梽永：中國液冷數(shù)據(jù)中心普及速度加快。近年來，綠色逐漸成為數(shù)據(jù)中心建設的主題，液冷數(shù)據(jù)中心迎來發(fā)展風口。
　　目前，國內(nèi)有很多液冷數(shù)據(jù)中心典型應用。諸如，中科曙光硅立方液體相變冷卻計算機突破了傳統(tǒng)的冷卻方式，采用浸沒式相變液冷，將包括服務器芯片、主板在內(nèi)的所有計算部件浸沒于液態(tài)冷媒中，實現(xiàn)了高效散熱，同時硅立方一個機柜功率密度可達到160kW，是傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心的4~5倍，能效比提升了30%，PUE低至1.04，截至2020年12月，硅立方液體相變冷卻計算機已在北京、南京、山西、甘肅、合肥等地建設應用，促進了區(qū)域的科技研發(fā)、產(chǎn)業(yè)集聚、轉(zhuǎn)型升級與創(chuàng)新發(fā)展。
　　位于余杭錢江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的阿里巴巴浙江云計算仁和數(shù)據(jù)中心，作為全國首座綠色等級達5A的液冷數(shù)據(jù)中心，采用了服務器全浸沒液冷等多項節(jié)能技術進行規(guī)劃設計與建造，PUE低至1.09，也印證了仁和液冷數(shù)據(jù)中心領先的能效及綠色節(jié)能水平。阿里巴巴浙江云計算仁和數(shù)據(jù)中心的落成，不僅為杭州市經(jīng)濟發(fā)展提供強大的動力，也將為液冷技術的發(fā)展和應用積累寶貴經(jīng)驗。
　　馬來西亞氣象局數(shù)據(jù)中心為更好地捕捉局部強對流天氣，三維播報共增加了27倍算力需求。在傳統(tǒng)的風冷不能滿足需求的情況下，該數(shù)據(jù)中心配置了聯(lián)想的冷板式液冷設備，水被送入服務器冷板，在組件周圍循環(huán)，然后吸收熱量離開冷板，進入冷源實現(xiàn)冷卻。據(jù)測算，馬來西亞氣象局應用液冷系統(tǒng)后，散熱效果高達90%，有力地支持了氣象預測精度的提升。
　　鐘楊帆：從國家戰(zhàn)略上看，新基建加速落地，數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為重要的信息通信基礎設施，必將迎來新的發(fā)展機遇。從技術和產(chǎn)業(yè)上看，浸沒式液冷已經(jīng)成功從實驗室到小規(guī)模部署到目前的大規(guī)模部署，技術先進性得到了充分驗證，產(chǎn)業(yè)鏈也已經(jīng)相對完善。
　　楊梽永：以中科曙光、浪潮、阿里、華為等為代表的我國的主流企業(yè)在液冷數(shù)據(jù)中心領域走在全球前列，在應用案例方面，國內(nèi)企業(yè)的領先優(yōu)勢尤為明顯。
　　鐘楊帆：當前，中國液冷技術發(fā)展迅速，經(jīng)歷了實驗室階段和樣機階段，中國液冷發(fā)展與國外基本同步，且在液冷技術的規(guī)模應用上積累了更為先進的經(jīng)驗。

行業(yè)標準、產(chǎn)業(yè)鏈尚需完善

Q4：
我國液冷數(shù)據(jù)中心在技術發(fā)展、推廣等層面有哪些挑戰(zhàn)?
　　楊梽永：在技術發(fā)展方面，目前液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展的最大爭議就是其可靠性，諸如電子器件長時間浸沒在浸沒液里是否會出現(xiàn)腐蝕情況，是否會影響器件功能和使用壽命，液冷管道的安全性如何保證等。從目前液冷領域的技術進展和應用普及情況來看，數(shù)據(jù)中心電子器件的材料與冷卻液兼容性會更優(yōu)良，功能性會大大增強，使用壽命也會延長。
　　在推廣方面，行業(yè)標準的缺失極大地限制了液冷數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。盡管近年來部分企業(yè)和協(xié)會推出了一些液冷細分領域標準，但是液冷產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格仍然參差不齊，液冷廠商處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)。因此，需要制定科學且完備的液冷行業(yè)標準，對發(fā)熱設備和器件、冷卻液體、液冷設備及運維等各個方面進行統(tǒng)一的要求，以此提高行業(yè)共識度，促進廠商之間的技術交流和對話，規(guī)范液冷市場健康發(fā)展。

　　客戶認可度需提升，行業(yè)需提供更可靠的案例和節(jié)能數(shù)據(jù)。一方面，液冷數(shù)據(jù)中心的投資較高，應用多集中于高密計算場景，在現(xiàn)有通用計算場景下，市場替代空間還未實現(xiàn)規(guī)模化替代。另一方面，下游客戶還未形成大規(guī)模應用液冷數(shù)據(jù)中心的習慣，客戶不大愿意把自己的服務器等核心設備放到液冷環(huán)境中，一是對液冷技術的可靠性難以把握，二是對液冷技術能帶來的能耗成本節(jié)約存在質(zhì)疑。
　　鐘楊帆：當前，整個液冷行業(yè)的發(fā)展水平屬于起步萌芽階段，新技術規(guī)模不大的時候不太容易發(fā)現(xiàn)問題和挑戰(zhàn)，但是規(guī)模大了以后就會發(fā)現(xiàn)一些問題，目前浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心建設最大的挑戰(zhàn)在于整個產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈不成熟。在具體的使用上，阿里巴巴經(jīng)過長期的摸索總結了一些規(guī)范，通過開源的方式讓大家都參與到這個生態(tài)圈來，讓所有用戶都可以快速搭建浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)。

“風冷+液冷”融合賦能千行百業(yè)

Q5：
液冷數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展趨勢是什么?
　　楊梽永：首先，風液融合成為新趨勢，未來數(shù)據(jù)中心溫控市場將出現(xiàn)“風冷﹢液冷”融合發(fā)展的新格局。風冷技術不會被液冷技術完全取代，客戶會根據(jù)不同需求，選擇不同的數(shù)據(jù)中心制冷方案。對于部署了較低單機柜功率的數(shù)據(jù)中心，客戶依然會選擇風冷的制冷方式。而針對超算、能源勘測等高密度大規(guī)模計算需求，綜合考慮成本因素，靈活地選擇冷板和浸沒的混合液冷，部分功耗大的部件和設備改用液冷的解決方案也將成為熱門。總而言之，液冷技術將與風冷技術配合，助力行業(yè)發(fā)展。
　　其次，中國液冷數(shù)據(jù)中心向高效率演變。液冷數(shù)據(jù)中心并不是一套簡單的設備，而是全備的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。隨著一系列液冷設備及其配套產(chǎn)品的迭代發(fā)展，液冷生態(tài)系統(tǒng)將逐步完善。不僅如此，作為液冷生態(tài)系統(tǒng)運行的主要保障，監(jiān)控與運維設備也在不斷發(fā)展。AI技術的融入將加快智能運維取代人力運維的進程，從而實現(xiàn)對復雜的液冷生態(tài)系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，對故障進行準確的把控，提高數(shù)據(jù)中心的運行和運維效率。
　　鐘楊帆：未來數(shù)據(jù)中心市場將出現(xiàn)“風冷﹢液冷”協(xié)同發(fā)展的格局。風冷技術不會被液冷完全取代，而是針對客戶的不同需求，選擇不同的數(shù)據(jù)中心方案。未來三到五年會具備風冷與液冷互換的技術條件，在部署風冷的區(qū)域，都可以部署液冷，就可以實現(xiàn)把液冷變成默認配置的過程。
　　楊梽永：保守來看，2025年中國冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達到757.1億元，浸沒式為526.1億元;樂觀來看，2025年中國冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達到784.9億元，浸沒式為545.4億元;浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場份額將實現(xiàn)較快增長。