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数据中心“冷”战:风冷“不冷” 液冷崛起 !

发表时间:2020-12-25 17:54

12月10日,在中国IDC产业年度大典“液冷科技”专场分论坛上,赛迪顾问邀请液冷产业各方联合发布了《中国液冷数据中心发展白皮书》,其中提出:与风冷技术相比,液冷技术的高效制冷效果,将更有益于服务器使用效率和稳定性提升,令数据中心在有限空间内,能够布置尽可能多的服务器,从而提升数据中心运算效率。

      该白皮书指出:液冷技术兼具节能降噪的优势,其余热利用也可以创造更多的经济价值,因此液冷技术崛起将会成为大势所趋。据预测,2025年中国液冷数据中心市场规模将超千亿元 。以白皮书发布为契机,数据中心风冷与液冷之争再度成为了业界关注的焦点。

风冷和液冷之争由来已久

      应该说,数据中心风冷、液冷之争由来已久,究其原因还是在于数据中心在使用风冷技术过程中普遍存在着种种不足,让风冷式数据中心在使用中暗藏危机:数据中心温度很低,IT设备却没有得到有效降温,从而降低了IT设备的可靠性、安全性。

      风冷数据中心非常突出的一个短板:机架的功率密度偏低,远远达不到超大规模数据中心和高性能计算中心30kw+的需求。数据中心空间寸土寸金,风冷“不冷”的矛盾日益突出。

      作为风冷技术的升级方案,液冷技术快速崛起,已经成为大势所趋。与风冷技术相比,液冷技术并不存在气流流动不规则、冷热气流混合等问题,其冷热分布、流动等一目了然,从而降低了运维管理的门槛,实现更高效率、服务保障。液冷技术因此受到追捧和青睐!

      中科曙光旗下专注基础设施研发的子公司曙光数创公司高级副总裁姚勇指出:液冷技术在数据中心大规模商用时机已经成熟,液冷将成为新时期数据中心建设显著的特征和标签!姚勇断言:数据中心将迎来“液冷数据中心”新时代。

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液冷技术快速扫描

      从原理上讲,液冷技术概念简单,就是使用液体作为冷媒,与ICT设备进行热交换,带走热量为ICT设备降温。

      与风冷技术相比,液冷技术具有温度传递快、带走热量多、噪音低和节能、节省空间的优势。以热量带走更多为例:同体积液体带走的热量是风冷的3000倍;热传导的效率是空气的25倍。液冷在技术指标上优势明显。

      在技术路线上,液冷技术可以分为间接制冷和直接制冷两种方式,而直接制冷又可以分为相变和非相变。其中,间接制冷也称冷板式;直接制冷又称为浸没式

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      液冷技术中,间接制冷或者冷板式比较简单,主要通过冷板与ICT设备进行热交换,冷板设计可以给数据中心机架安装液冷门,也可以深入到ICT设备中,与CPU等发热器件贴合带走热量。

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曙光冷板式液冷系统的设计图

      冷板式液冷微模块配合数据中心精密空调使用,能够轻松实现单机柜40kw~55kw的功率密度。有实际数据表明,采用液体冷媒,90%以上的热量可以通过冷媒带走,风冷部分功耗可以降低70%~80%,年平均节省电费40%~50%,数据中心PUE可以优化至1.2,大大提升数据中心能源效率。

      有统计数据表明,由于引入冷板式液冷系统,会带来25%以内建设成本增加(相对于风冷),但是由于液冷系统能源效率显著,3年系统运行就可以回收液冷系统的建设成本如果折算额外性能提升,这个回收期可以进一步缩短到2.5年。

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      在很多传统的印象中,液冷系统部署比较复杂,更有很多人会担心液体泄漏、冷凝水等问题。这种担心实际上是多余的,如今,冷板技术已经非常成熟。以曙光为例,已经提供了液冷微模块、液冷机柜、分布式CDM、竖直分液单元VCDU以及冷板式液冷服务器等多种成熟的产品。与此同时,曙光还可以根据用户实际需要,提供冷板液冷服务器定制开发。

      相比冷板式液冷系统,全封闭相变浸没式液冷系统是一种更加彻底的液冷技术设计。其中,高密度计算节点(如刀片)完全浸没在冷媒中,冷媒与发热元器件直接接触,从而减少了接触热阻。如果采用相变换热,则潜热为比热的数百倍。采用浸没式设计,服务器实现了无风扇设计,不仅将风扇功耗降低为0,也可以将噪音控制在45分贝以内。此外,全浸没方式,其内部温度场均匀,不仅一次性解决了全部元器件的散热问题,同时也大大提升了元器件的可靠性。

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      以采用“刀片式浸没相变液冷”技术的中科曙光新一代计算机“硅立方”为例,其PUE降至1.04(全球数据中心PUE平均值为1.58),相比风冷数据中心能效比提升超30%,CPU等核心芯片部件性能可提升20%,单机柜功率密度达160Kw,计算设备可靠性至少提升一个数量级。

小结

      都说罗马不是一天建成的,液冷数据中心也没有办法一蹴而就,但是这并不妨碍液冷数据中心成为发展的潮流和趋势,原因很简单,云计算、数据智能技术发展成就了超大规模数据中心的诞生,所谓风冷“不冷”,彻底暴露了风冷技术的短板和局限惟有更高效率的液冷系统才能够最大程度发挥数据中心的优势。此外,在晋级的路线上,不可能所有的ICT设备全部满足全浸没的需求,既有投资也存在保护的问题,但是高水平液冷数据中心设计的出现,搭配冷板式间接液冷方案,大大增加了数据中心设计的灵活性。


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