隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展， “東數(shù)西算”工程的全面啟動以及“雙碳”目標的提出，能耗快速增長成為數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可忽略的問題。根據(jù)統(tǒng)計，截止去年5月，我國數(shù)據(jù)中心年用電量已占全社會用電的2%左右，為確保實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，國家及多個地方均推出了相應的政策法規(guī)及舉措，對當前衡量數(shù)據(jù)中心能效利用率的主要指標PUE提出了明確的要求。

 

到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區(qū)力爭降低到1.25以下；“東數(shù)西算”工程中，要求內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏，4處樞紐設(shè)立的數(shù)據(jù)中心集群PUE控制在1.2以內(nèi)；京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝，4處樞紐設(shè)立的數(shù)據(jù)中心集群PUE控制在1.25以下。

 

如今數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大，部署的機架也更加密集，對服務器負載的要求越加苛刻，傳統(tǒng)的風冷技術(shù)很難滿足數(shù)據(jù)中心的制冷需求。在快速發(fā)展數(shù)據(jù)中心面前，風冷顯得越發(fā)吃力。

 

 

現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心承擔了大量數(shù)據(jù)計算和存儲，這對系統(tǒng)性能穩(wěn)定度的要求與日俱增。為了提供更高能效來滿足業(yè)務發(fā)展的需要，服務器乃至機房的散熱就成為關(guān)鍵。

 

為保證建設(shè)及改造的政策合規(guī)性，數(shù)據(jù)中心需要從多個方面進行節(jié)能減碳，其中，制冷系統(tǒng)耗能巨大，僅次于IT設(shè)備，提升制冷效率成為降低PUE、實現(xiàn)節(jié)能減碳的重要手段。

 

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心里，幾乎有一半的電能消耗在了散熱上，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)制冷的數(shù)據(jù)中心中，25%的能耗不是由計算設(shè)備產(chǎn)生而是由冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生。一般情況下，設(shè)備廠商標配的室外冷凝器設(shè)定的室外環(huán)境溫度為35℃，在全球變暖的大氣候條件下，我國很多區(qū)域夏季室外溫度可以達到40℃以上。

 

室外機因環(huán)境溫度升高，散熱能力下降，導致空調(diào)系統(tǒng)無法正常工作。有資料研究表明，當室外機的進風溫度每升高1℃，空調(diào)系統(tǒng)的 COP 下降約 3%，當進風溫度超過45℃時將會嚴重影響空調(diào)系統(tǒng)的正常運行。

 

室外機散熱不良，不管是對于空調(diào)系統(tǒng)組件，還是對機房的安全運行都危害極大，特別是在夏季高溫工況下，也增加了機房運維的時間和成本，如果運維問題處理不及時，就可能導致系統(tǒng)故障甚至宕機。

 

根據(jù)ColocationAmerica發(fā)布的數(shù)據(jù)，早在2020年全球數(shù)據(jù)中心單機柜平均功率就達到16.5kW，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，預計2025年，全球數(shù)據(jù)中心單機柜平均功率有望達到25kW。

 

實際上，風冷數(shù)據(jù)中心在15kW 機架以上非常低效。在數(shù)據(jù)中心發(fā)展的早期，由于其規(guī)模不大，且單機柜功率密度不高，一般以風冷式精密空調(diào)方案為主。但是隨著整個服務器的主流芯片的功耗不斷增長，單機柜功率密度將會從4KW、6KW增長到15KW到20KW，傳統(tǒng)的風冷已無法滿足數(shù)據(jù)中心散熱的及時性要求。

 

傳統(tǒng)風冷散熱效果受自然冷源、氣候等環(huán)境因素影響，解熱極限相對較低。由于數(shù)據(jù)中心規(guī)劃位置多為區(qū)域化集中布置，在數(shù)據(jù)中心機房密度提高，關(guān)鍵芯片及相關(guān)零部件功耗不斷攀升的當下，風冷已經(jīng)難以滿足各地數(shù)據(jù)中心對低PUE值的追求，通過建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心來降低功耗和運營成本已勢在必行。

 

 

作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基石，數(shù)據(jù)中心是實現(xiàn)綠色化發(fā)展和減污降碳的關(guān)鍵所在。企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是如何減少耗電量和水電費。想要實現(xiàn)這一目標，企業(yè)就必須在數(shù)據(jù)中心中引入綠色計算模式。

 

據(jù)國網(wǎng)能源研究院的測算：2020年，我國數(shù)據(jù)中心用電量突破2000億千瓦時，占用電總量比重約2.7%；預計到2030年，這一數(shù)字將突破4000億千瓦時，占比升至3.7%。另有統(tǒng)計顯示，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)用電量已與IT設(shè)備相當，在總用電量中占比高達40%。

 

隨著數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能、高密度、超大規(guī)模的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)風冷型制冷技術(shù)已經(jīng)無法滿足所需的散熱能力，液冷技術(shù)在沉寂多年后，再次煥發(fā)新春。

 

液冷數(shù)據(jù)中心是指應用液冷技術(shù)和液冷服務器等設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，通過液體直接導向熱源帶走熱量，不需要像風冷一樣間接通過空氣循環(huán)降溫。液冷服務器的散熱系統(tǒng)為液冷散熱封閉循環(huán)模組，與環(huán)境溫度為相對隔絕，不受環(huán)境影響。液冷服務器隨著CPU負載加大，噪音也隨之增大，并出現(xiàn)刺耳的噪聲。而液冷服務器的噪音幾乎為0分貝。

 

液冷技術(shù)最早可以追溯到上世紀60年代，當時，IBM推出了當時用來處理科學應用的大型計算機，為了確保大型機在長期的高速運算中不會發(fā)生過熱而宕機的事件，IBM就研發(fā)了專門的液冷系統(tǒng)，雖然液冷有較好的實踐成果，但在較低熱度負荷時風冷的成本很低，且安裝部署更為簡單，所以在往后的幾十年里，風冷系統(tǒng)一直占據(jù)著主導地位。

 

隨著21世紀初云計算時代的到來，數(shù)據(jù)中心需要更高功率、大規(guī)模密集部署，液冷技術(shù)優(yōu)勢凸顯，再次煥發(fā)新春。

 

與傳統(tǒng)的風冷相比，液冷在高效制冷方面有著天然優(yōu)勢、有更大的散熱能力，同體積液體帶走熱量是同體積空氣的上千倍，液體導熱能力是空氣的25倍，相比傳統(tǒng)風冷變冷卻效果更好，可有效提升服務器的使用效率和穩(wěn)定性。

 

隨著5G時代、人工智能、以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗日益增大，加之政策對數(shù)據(jù)中心發(fā)展提出新要求，液冷將成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的重要方式，是走向綠色發(fā)展的必由之路。

 

根據(jù)《中國液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展白皮書》預測，到2025年中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將超千億元，從風冷到液冷，數(shù)據(jù)中心改變的不僅是節(jié)能減排方式，更是整個數(shù)據(jù)中心技術(shù)產(chǎn)品形態(tài)、商業(yè)模式乃至生態(tài)的重塑。

 

毋庸置疑，憑借高效制冷、綠色環(huán)保、節(jié)能靜音等諸多優(yōu)勢，過去幾年也取得了可喜成績，液冷數(shù)據(jù)中心在未來擁有廣闊的市場前景，但想要推動液冷技術(shù)的突破創(chuàng)新和相關(guān)解決方案的進步并非一朝一夕。

 

液冷技術(shù)依然存在著行業(yè)標準不統(tǒng)一、液冷制冷能力有待進一步提升等挑戰(zhàn)，其在數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建也尚需時日，需要所有廠商的共同努力，一起推動整個產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。