傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)以空氣為冷卻介質(zhì)，成本較低，適合小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。而液冷技術(shù)以液體為介質(zhì)進(jìn)行熱交換，散熱介質(zhì)比熱容更大，制冷量大，制冷效率高，更適用于大規(guī)模、高密度、高功耗的數(shù)據(jù)中心。
隨著AI技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對(duì)于算力的需求越來(lái)越高。據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月，我國(guó)在用算力中心超過(guò)830萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力規(guī)模達(dá)到246EFLOPS(FP32)，智算同比增速超過(guò)65%。在如此高算力的需求下，數(shù)據(jù)中心的整機(jī)密度也在不斷提高。
近年來(lái)，CPU與GPU的單卡功率和服務(wù)器的整機(jī)功率密度不斷提高，數(shù)據(jù)中心的散熱問(wèn)題成為擺在用戶面前最大的挑戰(zhàn)。如何降低數(shù)據(jù)中心的整體能耗，符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求，成為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者不得不重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。為此，采用更加高效的液冷散熱技術(shù)替代傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)，成為未來(lái)數(shù)據(jù)中心的主要發(fā)展趨勢(shì)。
數(shù)據(jù)中心散熱方式的變革
傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)以空氣為冷卻介質(zhì)，成本較低，適合小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。而液冷技術(shù)以液體為介質(zhì)進(jìn)行熱交換，散熱介質(zhì)比熱容更大，制冷量大，制冷效率高，更適用于大規(guī)模、高密度、高功耗的數(shù)據(jù)中心。
在AI算力需求的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心GPU服務(wù)器的數(shù)量大幅增加，所帶來(lái)的功耗問(wèn)題日益凸顯。我們知道，數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜風(fēng)冷的極限總功率通常被認(rèn)為在15kW左右。這一數(shù)值是基于當(dāng)前風(fēng)冷技術(shù)的散熱能力和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行需求所得出的。當(dāng)機(jī)柜的功率密度超過(guò)這一極限時(shí)，風(fēng)冷系統(tǒng)的散熱效率將大幅下降，無(wú)法滿足數(shù)據(jù)中心的制冷需求。
那么，在機(jī)柜上架率不變的情況下，GPU服務(wù)器所帶來(lái)的功率增長(zhǎng)已經(jīng)逼近單機(jī)柜的極限值。然而，GPU的功耗還在不斷地增長(zhǎng)。以英偉達(dá)發(fā)布的GB200旗艦級(jí)GPU為例，這款產(chǎn)品包括兩個(gè)GPU內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核功耗約為1200W，同時(shí)還擁有兩個(gè)Arm CPU，功耗在300W左右，那么僅僅這個(gè)產(chǎn)品的總功耗就達(dá)到了恐怖的2700W左右。不難發(fā)現(xiàn)，面對(duì)高功耗高密度場(chǎng)景，傳統(tǒng)的風(fēng)冷顯然已經(jīng)無(wú)法滿足能耗和散熱需求，液冷技術(shù)以超高能效、超高熱密度等特點(diǎn)，成為智算中心散熱解決方案的必選項(xiàng)。
除了技術(shù)層面之外，政策層面對(duì)于節(jié)能減排的緊迫性同樣推動(dòng)了液冷市場(chǎng)的快速發(fā)展。《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022-2025年）》明確要求，到2025年，新建大型數(shù)據(jù)中心的電能利用效率需降至1.3以下，這一標(biāo)準(zhǔn)促使數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商重新審視和改進(jìn)其散熱技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施。
根據(jù)IDC的預(yù)測(cè)，2022-2027年，中國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到54.7%，2027年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到89億美元。中國(guó)信通院數(shù)據(jù)顯示，在產(chǎn)業(yè)鏈各方的推動(dòng)下，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)快速發(fā)展。過(guò)去幾年保持40%的復(fù)合增長(zhǎng)率。2022年，液冷應(yīng)用爆發(fā)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到100.5億元。預(yù)計(jì)在人工智能等新技術(shù)普及應(yīng)用帶動(dòng)下，至2027年，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將突破千億大關(guān)。
服務(wù)器廠商紛紛入局，加速推動(dòng)液冷技術(shù)發(fā)展
在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)間的科技創(chuàng)新與產(chǎn)品迭代將成為決定其市場(chǎng)地位的關(guān)鍵因素。隨著液冷技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)想、浪潮、戴爾、曙光、超聚變和新華三等服務(wù)器廠商紛紛入局，加速在液冷散熱技術(shù)方面的研發(fā)與生產(chǎn)。
1）聯(lián)想
聯(lián)想在液冷技術(shù)領(lǐng)域有著深厚的積累，其自主研發(fā)的聯(lián)想海神液冷技術(shù)已經(jīng)演進(jìn)到第六代，匯集了材料學(xué)等多學(xué)科的科研結(jié)晶。聯(lián)想海神液冷技術(shù)通過(guò)全冷板設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效散熱且支持大規(guī)模擴(kuò)展。此外，聯(lián)想問(wèn)天海神液冷解決方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)CPU及電源等關(guān)鍵部件100%全覆蓋液冷散熱設(shè)計(jì)，散熱系統(tǒng)機(jī)械故障率接近于0。目前，聯(lián)想問(wèn)天海神液冷方案在全球部署已經(jīng)超過(guò)7萬(wàn)套，廣泛應(yīng)用于高校、科研機(jī)構(gòu)、政企等領(lǐng)域。
2）浪潮
浪潮信息在液冷技術(shù)領(lǐng)域也有所突破，并與英特爾共同發(fā)布了《全液冷冷板系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)及驗(yàn)證白皮書(shū)》，這也是全球首個(gè)針對(duì)液冷冷板服務(wù)器的參考設(shè)計(jì)方案。浪潮信息的液冷技術(shù)不僅涉及當(dāng)前行業(yè)普遍探索的CPU和GPU液冷方案，還在系統(tǒng)層面上達(dá)到了接近100%的液冷熱捕獲效率。
3）戴爾
戴爾科技提供了多樣化液冷方案，以滿足用戶需求。其PowerEdge C6420服務(wù)器提供了間接液冷選項(xiàng)，以閉環(huán)水流取代典型的金屬散熱器。此外，戴爾還與TMGcore公司合作，推出了高密度、GPU優(yōu)化的戴爾易安信C4140服務(wù)器在沉浸式環(huán)境中運(yùn)行的解決方案，該方案的處理能力比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心高35％。
4）超聚變
超聚變以其全液冷整機(jī)柜GPU服務(wù)器FusionPoD for AI，在提升算力密度和能效方面取得了重大進(jìn)展。該液冷服務(wù)器采用開(kāi)放架構(gòu)，專(zhuān)為多樣化算力需求設(shè)計(jì)，可以支持不同類(lèi)型的GPU模塊和顯卡的快速適配，迅速實(shí)現(xiàn)液冷散熱，大幅提升算力密度。目前，超聚變已成功交付超七萬(wàn)臺(tái)液冷節(jié)點(diǎn)。
5）新華三
新華三發(fā)布的H3C UniServer G7系列服務(wù)器采用了ALL in GREEN全棧液冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極致液冷和高密度計(jì)算。該技術(shù)采用100%液冷和睿流技術(shù)，降低整機(jī)能耗；同時(shí)，兩相液冷及冷凝回流設(shè)計(jì)使散熱效率大幅提升，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。此外，新華三還通過(guò)箱式浸沒(méi)和油類(lèi)浸沒(méi)技術(shù)實(shí)現(xiàn)零碳引擎。
6）寧暢
寧暢在液冷散熱技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了從服務(wù)器到機(jī)柜，再到智算中心等多形態(tài)的液冷選擇，覆蓋了CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、GPU、各種形態(tài)PCIe設(shè)備以及PSU等服務(wù)器內(nèi)全部散熱單元。由于采用原生全液冷技術(shù)，寧暢不僅實(shí)現(xiàn)了液冷成本可控，運(yùn)維方式與風(fēng)冷無(wú)異，而且數(shù)據(jù)中心運(yùn)行PUE值可低至1.09，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心能效極致，最大限度釋放冷空調(diào)電力加速算力提升。
可以看出，聯(lián)想、浪潮、戴爾、曙光、超聚變、新華三和寧暢等服務(wù)器廠商在液冷散熱技術(shù)方面均有著顯著的優(yōu)勢(shì)和特色。這些廠商通過(guò)不斷創(chuàng)新和研發(fā)，推動(dòng)了液冷技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用普及。
液冷技術(shù)在未來(lái)普及過(guò)程中主要面臨的挑戰(zhàn)
作為一種新型的冷卻方式，液冷技術(shù)在服務(wù)器機(jī)柜領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，但同時(shí)也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。
一是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題：液冷技術(shù)涉及多個(gè)層面，包括液冷數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)層、液冷部件及接口層、液冷基礎(chǔ)設(shè)施層等，各企業(yè)技術(shù)路徑多種多樣，產(chǎn)品規(guī)格千差萬(wàn)別，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化適配和部署的難度很大。推進(jìn)液冷技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提升標(biāo)準(zhǔn)部件的行業(yè)用量，是降低整體方案成本的關(guān)鍵。
二是方案可靠性問(wèn)題：首先，單相冷板方案需要進(jìn)一步提升工藝和部件的可靠性，降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，并配合漏液檢測(cè)等方式提升系統(tǒng)可靠性。其次，浸沒(méi)液冷方案需要解決冷卻液的長(zhǎng)期兼容性問(wèn)題，以及CDU等配套設(shè)備的運(yùn)行可靠性問(wèn)題。
三是成本問(wèn)題：一是液冷數(shù)據(jù)中心的初期建設(shè)成本比風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心高出約10%，需要1年左右的時(shí)間才可實(shí)現(xiàn)擁有成本與投資回報(bào)的平衡。二是浸沒(méi)式液冷方案使用的冷卻液，如氟化液，價(jià)格昂貴，且存在環(huán)保法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。油類(lèi)冷卻液雖然成本較低，但散熱能力相對(duì)較差，且設(shè)備維護(hù)更為復(fù)雜。
四是環(huán)保問(wèn)題：兩相浸沒(méi)冷卻技術(shù)中使用的某些化學(xué)成分可能具有毒性，如PFAS（全氟和多氟烷基物質(zhì)），難以自然分解；另外，一些用于浸沒(méi)冷卻的液體可能具有較強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)腐蝕電子設(shè)備中的金屬部件。
可以說(shuō)，液冷技術(shù)雖然具有高效散熱和節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨多方面的挑戰(zhàn)。因此，為了推動(dòng)液冷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，需要不斷提升技術(shù)可靠性、推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程、降低建設(shè)成本、優(yōu)化運(yùn)維管理以及加強(qiáng)安全與環(huán)保措施。
作者：張誠(chéng)
標(biāo)簽： 液冷、數(shù)據(jù)中心等 點(diǎn)擊： 評(píng)論: