數(shù)據(jù)中心將會是怎樣的天下

近些年計算力需求的增長直接推動了社會的進步。隨著新基建時代的到來，5G網(wǎng)絡(luò)，人工智能以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將會獲得飛速發(fā)展。舉例來說，2016年，全球最大的數(shù)據(jù)中心大約是58萬平方米，但是到了2019年，已經(jīng)達到了99萬平方米，相當于140個足球場。在三年的時間里，最大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的面積增長了75%。這就充分說明社會經(jīng)濟進步對于計算力的巨大需求。在這樣的背景下，提供超強算力的大型數(shù)據(jù)中心，以及服務(wù)近場數(shù)據(jù)處理的邊緣數(shù)據(jù)中心勢必會加快建造和部署。

據(jù)科智咨詢（中國IDC圈）最新發(fā)布的《2019-2020中國IDC產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》預(yù)計，2019-2022年中國IDC業(yè)務(wù)市場規(guī)模復(fù)合增長率為26.9%。與此同時，與數(shù)據(jù)中心建設(shè)有關(guān)的行業(yè)也將連帶獲得發(fā)展。屆時，將形成一幅全新的數(shù)字經(jīng)濟時代生態(tài)版圖。

傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)已到瓶頸，液冷技術(shù)生態(tài)化正在形成

不過我們也應(yīng)該注意到的是，隨著數(shù)據(jù)中心計算力的提升，其限制因素也將日益明顯。對于新建的數(shù)據(jù)中心而言，最大的資金投入不是建筑本身，而是保證電力供應(yīng)的設(shè)備成本以及機房制冷成本。計算密度的增加已經(jīng)讓一些大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)項目資金突破了10億美元大關(guān)，這其中制冷系統(tǒng)占了很大比重。目前，我國數(shù)據(jù)中心的能耗85%在PUE1.5-2.0之間， ODCC預(yù)計，照此趨勢，到2030年我國數(shù)據(jù)中心的能耗將從2018年的1609億千瓦時增長到2030年的4115億千瓦時。

要想解決如此之高的能耗問題，傳統(tǒng)風冷和水冷空調(diào)散熱方式將變得力不從心，只有通過液冷才是根本的解決之道。信通院云大所所長何寶宏博士日前在參加中國IDC圈舉辦的在線直播時曾強調(diào)：“對于解決“高熱密度數(shù)據(jù)中心散熱”液冷技術(shù)將比傳統(tǒng)空調(diào)更有效，將成為數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展的不二選擇。液冷技術(shù)不僅降溫快、能耗低，而且是最環(huán)保的。液冷的發(fā)展經(jīng)歷了研究期（1992年以前），萌芽期（1992年—2016年），小規(guī)模應(yīng)用期（2016年至今）”。

首先，和傳統(tǒng)的風冷技術(shù)相比，液體導(dǎo)熱能力是空氣的25倍，同體積液體帶走熱量是同體積空氣的近3000倍；其次，同等散熱水平時，液冷噪音水平比風冷噪音降低20-35分貝；另外，在耗電量方面，液冷系統(tǒng)約比風冷系統(tǒng)節(jié)省電量30%-50%；最后，液冷還可以降低數(shù)據(jù)中心的故障率。傳統(tǒng)的風冷系統(tǒng)會帶來空氣的流動而產(chǎn)生振動，振動會直接影響IT系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。但液冷則完全不必擔心這個問題。

由此不難發(fā)現(xiàn)，液冷在未來取代風冷和水冷空調(diào)在技術(shù)上完全沒有障礙。何寶宏博士認為，“從風冷到液冷，改變的將不僅是制冷方式，而是整個數(shù)據(jù)中心的生態(tài)?！币坏?shù)據(jù)中心的制冷方式從風冷轉(zhuǎn)為液冷，那么隨之發(fā)生改變的還有服務(wù)器的設(shè)計，以及整個數(shù)據(jù)中心的設(shè)計。如果液冷技術(shù)進一步完善，生態(tài)系統(tǒng)進一步成熟，那么將引發(fā)一連串的“革命”。

新基建時代，浸沒式液冷將成主流

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用風冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，有超過50%的能耗用來應(yīng)付冷卻系統(tǒng)。其PUE值很難控制在1.4以下，且單柜功率密度最高只能到30Kw左右。但應(yīng)用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，應(yīng)用在冷卻系統(tǒng)的能耗則可以大幅度降低，特別是對于那些采用刀片式服務(wù)器加浸沒相變液冷技術(shù)的機房而言尤甚。其PUE值甚至可以控制在1.1或者以下。和前者相比，機房的整體能效將有30%的提升，而CPU等核心部件的性能也可以相應(yīng)提升20%，單機柜功率密度更是可以達到160Kw左右。

事實上，出于多種因素的考慮，在數(shù)據(jù)中心液冷領(lǐng)域也演化出了諸多“門派”。其中最典型的分別是浸沒式，冷板式以及噴淋式。不過無論是從當前需求還是從未來數(shù)據(jù)中心的技術(shù)演進來看，浸沒式液冷相比于其他兩種方式更被行業(yè)看好。

從當前的需求角度來看，全球40%的超大型數(shù)據(jù)中心在美國，而我國雖然緊隨其后居世界第二，但比例僅為11%。面對暴增的高性能計算需求，我國的超大型數(shù)據(jù)中心仍然面臨著巨大的市場缺口。這種情況在新基建時代必然“惡補”，而以“三高”（即高密度，高電力和高算力）為主要特點的超大型數(shù)據(jù)中心，正是浸沒式液冷的用武之地。

除此以外，近些年來依托大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)算法的日趨成熟，人工智能的發(fā)展如火如荼。比如人體基因工程序列計算，自然環(huán)境當中的大氣或者洋流仿真研究，甚至天體物理的數(shù)據(jù)處理和宇宙演化模擬等，都必然伴隨著大量的數(shù)據(jù)運算分析處理，包括圖片的分析處理。但這必然要求未來建設(shè)更多以GPU為核心的，符合人工智能計算力的大型數(shù)據(jù)中心。但是對于GPU而言，單個芯片的功耗可以達到300瓦以上，這樣對于整個服務(wù)器來說，散熱問題將變得無比嚴峻，冷板和噴淋等方式在效率上很難滿足需求，必須依托全浸沒式液冷技術(shù)才能夠解決。

阿里巴巴副總裁周明表示：“浸沒式液冷是數(shù)據(jù)中心的躍遷式技術(shù)創(chuàng)新，具有高能效、高密度、高可用和高可靠等特性。浸沒式液冷突破技術(shù)瓶頸，可以使單機柜功率密度提升3倍以上；同時，IT部件故障率大幅降低，有效提升云服務(wù)品牌。浸沒式液冷可以為社會節(jié)省大量能源，預(yù)計2030年浸沒式液冷可節(jié)約用電1637.77億千瓦時，將數(shù)據(jù)中心的總用電量降低至2477.23億千瓦時。”事實上，除了行業(yè)專家和企業(yè)用戶的高度關(guān)注以外，近兩年來，很多設(shè)備廠商也加大了針對數(shù)據(jù)中心液冷市場的產(chǎn)品開發(fā)力度。

可以說，在未來新基建時代，大型數(shù)據(jù)中心將有望成為浸沒式液冷技術(shù)的天下。不過需要說明的是，由于需要對建筑結(jié)構(gòu)進行“傷筋動骨”的改造，所以浸沒式液冷并不適用于對已建成數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)升級。另外，目前風冷還能夠滿足市面上熱負荷較低的EDC或者小型數(shù)據(jù)中心，完全沒有必要更換價格昂貴的液冷系統(tǒng)。

后記：

綜上所述，從長遠角度而言，社會對于計算力的需求永無止境，而機房的冷卻技術(shù)發(fā)展將在很大程度上決定數(shù)據(jù)中心計算力提升的瓶頸高低。浸沒液冷技術(shù)作為一種高效，節(jié)能，安全的冷卻技術(shù)，在新基建時代，將成為大型和超大型數(shù)據(jù)中心的最佳選擇。

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