英特爾聯(lián)合浪潮信息開放全液冷冷板服務器參考設計

隨著 AI 大模型等高密度計算的蓬勃發(fā)展，芯片功耗與服務器功耗逐步上升，單機柜功率密度也不斷增大。根據(jù)相關機構(gòu)調(diào)研，2020 年數(shù)據(jù)中心平均機架功率為 8.5 kW/機柜，相比于 2011、2017 年有明顯提高，年復合增長率達到 15% 。高功耗芯片，高密度服務器及單機柜密度的演進，使傳統(tǒng)風冷制冷模式在換熱性能及能耗優(yōu)化方面逐步受限，而液冷制冷模式將在數(shù)據(jù)中心中變得越來越不可或缺。

近日，英特爾聯(lián)合浪潮信息對業(yè)界開放首款全液冷冷板服務器參考設計，基于通用高密服務器創(chuàng)新設計出一種高效的全液冷冷板架構(gòu)，實現(xiàn)服務器發(fā)熱部件接近 100% 液冷散熱，助力達成極低的 PUE 水平。同時，英特爾與浪潮信息、中國電子技術標準化研究院、開放計算標準工作委員會 OCTC 聯(lián)合發(fā)布了《全液冷冷板系統(tǒng)參考設計及驗證白皮書》，為全液冷服務器設計和規(guī)模應用中面臨的主要難點和痛點提供了創(chuàng)新設計參考，對全液冷冷板技術在通用架構(gòu)上實現(xiàn)快速導入和推廣具有重要指導意義。

英特爾市場營銷集團副總裁中國區(qū)數(shù)據(jù)中心銷售總經(jīng)理莊秉翰表示：

得益于英特爾的長期技術創(chuàng)新，全液冷冷板服務器正在成為液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的重要組成部分。如今，英特爾與全球領先的算力提供商浪潮信息的緊密合作，選擇在踐行‘雙碳’目標最有力的中國市場發(fā)布全液冷冷板服務器，是希望通過中國的示范效應，逐步推動這項技術在全球范圍內(nèi)的普及，以此促進綠色數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展。

浪潮信息服務器產(chǎn)品線總經(jīng)理趙帥表示：

‘All in 液冷’戰(zhàn)略確保了浪潮信息在液冷技術創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化推進領域的持續(xù)投入，我們將始終致力于通過更加綠色低碳的液冷技術創(chuàng)新，推動算力高質(zhì)量發(fā)展。長久以來，浪潮信息高度重視開放數(shù)據(jù)中心生態(tài)的構(gòu)建，此次通過與全球芯片產(chǎn)業(yè)領導者英特爾的密切合作，在全液冷冷板技術的探索上實現(xiàn)了至關重要的跨越，并面向全產(chǎn)業(yè)進行開放，這將為蓬勃發(fā)展的液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)注入新的創(chuàng)新活力，打通液冷規(guī)?；瘧玫淖詈笠还?。

01聯(lián)合創(chuàng)新實現(xiàn)服務器全液冷冷板覆蓋

相對于浸沒式液冷，冷板式液冷有著諸多優(yōu)勢：

技術相對成熟、生態(tài)完善，對機柜和服務器改造小； 不改變客戶的使用習慣和運維模式，機房承重與風冷場景基本一致； 冷卻液不直接接觸芯片和服務器內(nèi)其他部件，對材料兼容性要求低，可以相對容易地與不同廠商和型號的計算設備兼容，為客戶提供更多的硬件選擇空間； 占用空間相對較少，適合于對空間有限制的數(shù)據(jù)中心和計算環(huán)境； 對冷卻液的需求量少，更加環(huán)保。

而同時，冷板式液冷的部署與應用也面臨眾多挑戰(zhàn)：目前大多數(shù)冷板結(jié)構(gòu)僅覆蓋 CPU、GPU 等高功耗發(fā)熱部件，其余部件常以風冷輔助冷卻，導致服務器需要配置冷板及風扇兩套冷卻部件；系統(tǒng)存在漏液短路風險，如果冷卻液與冷板材質(zhì)選擇和后期維護不當，長期運行后可能出現(xiàn)腐蝕和冷卻液泄露，導致服務器損壞。

鑒于冷板式液冷在產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、改造成本、可維護性、兼容性等方面的優(yōu)勢，為更好的克服上述挑戰(zhàn)、解決內(nèi)存、硬盤等部件功耗逐步上升的現(xiàn)實問題，英特爾聯(lián)合浪潮信息創(chuàng)新通用高密服務器的液冷優(yōu)化設計，實現(xiàn) CPU、高功耗內(nèi)存、固態(tài)硬盤、OCP 網(wǎng)卡、電源、PCIe 轉(zhuǎn)接卡和光模塊等服務器內(nèi)主要發(fā)熱部件的冷板全液冷覆蓋，構(gòu)建高能效的系統(tǒng)級解決方案。該方案基于浪潮信息 i24M7 2U 四節(jié)點高密計算服務器，每個液冷節(jié)點可以支持兩顆最新的第五代英特爾至強可擴展處理器，整體設計理念是在滿足性能和可靠性要求的基礎上，從系統(tǒng)級解決方案開始，探索高能效、低成本和易于運維的全液冷服務器全新設計之道。

在該項目中，CPU 冷板模組基于英特爾 至強 Eagle Stream 平臺可擴展處理器冷板的設計要求，綜合考慮散熱，結(jié)構(gòu)性能，成品率，價格及不同材質(zhì)冷板設計兼容性等因素優(yōu)化而成的一款 CPU 冷板參考設計，主要由 CPU 冷板鋁支架，CPU 冷板及冷板接頭等部件組成。

內(nèi)存液冷設計采用英特爾創(chuàng)新型的枕木散熱器液冷方案，因內(nèi)存插滿如鐵軌上的枕木而得名。它將傳統(tǒng)風冷散熱和冷板散熱相結(jié)合，通過內(nèi)置熱管的散熱器（或純鋁/銅板、Vaper Chamber 等）把內(nèi)存上的熱量傳遞至兩端，與冷板通過選定的導熱墊片接觸，最終通過冷板內(nèi)的冷卻液把熱量帶走實現(xiàn)內(nèi)存散熱。相比現(xiàn)有的管路（Tubing）內(nèi)存液冷方案，枕木散熱器液冷方案采用模塊化設計，具有易于組裝和維護、通用性好、性價比高等優(yōu)勢。

該項目的固態(tài)硬盤液冷方案基于英特爾的創(chuàng)新設計，通過內(nèi)置熱管的散熱器把硬盤區(qū)域的熱量導出與硬盤區(qū)域外的冷板通過導熱墊片垂直接觸實現(xiàn)換熱。此固態(tài)硬盤液冷方案主要由裝有散熱器的固態(tài)硬盤模組，固態(tài)硬盤冷板，硬盤模組鎖緊機構(gòu)，及硬盤支架組成。硬盤模組鎖緊機構(gòu)固定在硬盤支架上提供合適的預緊力來保證固態(tài)硬盤模組和固態(tài)硬盤冷板的長期接觸可靠性。為了方便硬盤冷板環(huán)路在狹小空間內(nèi)的安裝，硬盤支架在服務器深度方向采用了抽屜式的安裝方式設計。相比業(yè)界已有的硬盤液冷嘗試，此方案可支持 30 次以上系統(tǒng)不斷電熱插拔，可靠性高，對加工工藝要求低，漏液風險低，同時可靈活適配不同厚度和數(shù)量的固態(tài)硬盤系統(tǒng)。

此外，該項目對 PCIe 卡、OCP 網(wǎng)卡和電源等部件均進行了創(chuàng)新的冷板設計。值得一提的是，項目在冷板材質(zhì)方面也進行了探索實踐。由于銅材質(zhì)成本較高，該項目分別基于銅材質(zhì)和鋁合金材質(zhì)冷板，從換熱性能、可靠性、成本、重量等多方面進行對比及優(yōu)化，同時對與鋁質(zhì)冷板液冷循環(huán)回路相匹配的液冷工質(zhì)，進行了選型和相應的腐蝕性測試驗證，為進一步降低冷板液冷成本提供了豐富的實踐數(shù)據(jù)支持。

02基于通用高密度服務器架構(gòu)

示范效應明顯

英特爾與浪潮信息對全液冷服務器的冷板性能進行了散熱性能測試、液冷熱捕獲效率（HCR）測試、流阻測試等多項測試，結(jié)果表明該服務器可實現(xiàn)接近 100% 液冷散熱，系統(tǒng)無風扇運行，助力達成極低的PUE水平，并通過“去空調(diào)化”節(jié)省 30% 以上的數(shù)據(jù)中心空間，充分滿足數(shù)據(jù)中心的高密度部署需求，對推進綠色數(shù)據(jù)中心的建設具有重要的意義。方案年均 PUE 可低至 1.1 以下，有助于數(shù)據(jù)中心綠色高效發(fā)展。

在散熱性能測試中，銅冷板系統(tǒng)（冷卻工質(zhì) PG25）在目標最差邊界條件下所有的零部件溫度都滿足溫度要求，并且還有一定安全溫度裕量。在液冷熱捕獲效率（HCR）測試中，在典型的液冷系統(tǒng)工作邊界條件下—系統(tǒng)進水溫度 38?C （W32）, 空氣環(huán)境溫度 35?C，全液冷服務器液冷熱捕獲效率（HCR）在 93% 左右。將全液冷服務器置于密閉整機柜輔以集中式風液換熱器的工作情況下，由于機柜前后門封閉，熱量無法從服務器中逃逸至外部環(huán)境中，更容易被風液換熱器進行捕獲，整機柜測試 HCR 值更高，可接近98%。

更重要的是，相較于以往的高度定制化全液冷服務器設計，該項目基于通用高密服務器架構(gòu)，創(chuàng)新的全液冷方案參考設計為解決服務器內(nèi)部分組件液冷方案設計難點提供了新思路，設計的簡化和傳統(tǒng)工藝的采用可降低整體方案的成本，提高全液冷方案的經(jīng)濟性，對推動全液冷冷板技術的普及和規(guī)?；瘧镁哂袠O強的示范和推動作用。

得益于英特爾的長期技術創(chuàng)新，全液冷冷板服務器正在成為服務器液冷生態(tài)中的重要組成部分，其最大程度發(fā)揮了冷板式液冷的優(yōu)勢，同時彌補了需要風冷輔助的不足。如今，英特爾與浪潮信息的緊密合作，已經(jīng)向全液冷數(shù)據(jù)中心生態(tài)邁出了堅實的一步。放眼整個液冷生態(tài)，仍存在關鍵部件的互換性、ISV的集成能力和服務能力、冷板式液冷和浸沒式液冷的關鍵技術攻堅等諸多重要環(huán)節(jié)，需要廣泛的生態(tài)伙伴一起努力。這也是整個生態(tài)構(gòu)建的關鍵所在。英特爾將致力于聯(lián)合廣泛的生態(tài)伙伴，構(gòu)建更完整的液冷生態(tài)，推進綠色數(shù)據(jù)中心持續(xù)發(fā)展，為降低碳排放、構(gòu)建人與自然和諧共生的美好未來貢獻力量。

審核編輯：湯梓紅