 隨著東數(shù)西算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、醫(yī)藥研發(fā)、機器識別等領(lǐng)域的發(fā)展，如何構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心越來越成為科研人員的研究方向。下面本文將詳細介紹： 一、Intel為何投資47億研發(fā)散熱技術(shù)？ 二、液冷數(shù)據(jù)中心有哪五大趨勢？ 三、為何說數(shù)據(jù)中心進入液冷時代？ CPU功耗沖上400W風冷不夠用 Intel投資47億研發(fā)液冷散熱技術(shù) 隨著CPU性能及核心數(shù)越來越強大，如何散熱也是個重要問題，特別是對數(shù)據(jù)中心處理器來說，50+核心的至強功耗都上400W了，傳統(tǒng)的風冷手段顯然已經(jīng)不夠用，為此Intel宣布投資47億人民幣研發(fā)全新的液冷散熱技術(shù)。新建20萬平方英尺（1.85萬平方米）的大型實驗室，專注于研發(fā)創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心技術(shù)，解決散熱、冷卻等問題。 這項投資是為了應(yīng)對數(shù)據(jù)中心消耗約 1% 且不斷增長的全球電力需求，約占全球碳排放量的 0.3%。英特爾表示：“投資標準化冷卻技術(shù)和研發(fā)以促進未來的創(chuàng)新，加強了英特爾對更可持續(xù)技術(shù)解決方案的承諾。” 研究表明，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的使用相比，具有能源再利用的浸沒式冷卻可以減少 45% 的碳排放。 這個實驗室將建在美國俄勒岡州希爾斯伯勒的瓊斯農(nóng)場園區(qū)，預(yù)計2023年開放。 實驗室將盡一切努力推動英特爾數(shù)據(jù)中心各種產(chǎn)品的認證和測試，包括Intel Xeon、Intel Optane、網(wǎng)絡(luò)接口和交換設(shè)備、Intel Agilex FPGA、Xe架構(gòu)、Habana加速器以及正在開發(fā)的未來產(chǎn)品。實驗室也會舉行先進技術(shù)演示，讓客戶和合作伙伴在實驗室中觀察和測試英特爾產(chǎn)品在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的性能，從而加速新技術(shù)在整個生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。 據(jù)英特爾員工介紹液冷散熱跟常見的水冷不一樣，浸沒式液冷意味著整個芯片及電路板都要放在充滿專用冷卻液的機柜中，這種材料的要求很高，具有非常高的介電強度和優(yōu)異的材料相容性，還要具備透明、無味、不可燃、非油基、低毒性、無腐蝕性、運行溫度范圍廣、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點，比純水要求高得多。
此外，英特爾推出的業(yè)界首款Open IP數(shù)據(jù)中心浸沒式液體冷卻解決方案和參考設(shè)計，則是一個開放、易部署、易擴展的完整冷卻解決方案。Open IP數(shù)據(jù)中心浸沒式液體冷卻完整解決方案及參考設(shè)計，將首度獲得生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴的授權(quán)，與產(chǎn)業(yè)實際需求相互契合，英特爾、生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴和環(huán)境將可持續(xù)發(fā)展，技術(shù)合作將創(chuàng)造三贏局面。最初的解決方案和概念驗證將由臺灣英特爾和整個臺灣生態(tài)系統(tǒng)分階段完成，并計劃擴展到全球市場。 英特爾第一階段推出的數(shù)據(jù)中心浸沒式冷卻完整解決方案采用單相液體冷卻，服務(wù)器沉浸在不導電液體中。單一槽體的英特爾參考槽體設(shè)計為12U的容量和15kW的散熱能力為出發(fā)基準，內(nèi)部兼容通用和模塊化兩種外形規(guī)格，并享有24U、36U、48U、最大達54U和目前可達單一槽體180kW的散熱能力。也有未來可配合系統(tǒng)升級提高冷卻能力的設(shè)計，享有從邊緣再到大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的極佳擴展性。 在數(shù)據(jù)中心冷卻解決方案方面，臺灣具有獨特的地位，擁有相當完整的先進冷卻和冷卻技術(shù)的全球生態(tài)系統(tǒng)。大約90%的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器由總部位于臺灣的廠商提供。
Intel日前已完成Xeon可擴展處理器的概念驗證，輕松完成小于1.15的PUE，超過Green Grid聯(lián)盟的最高級別白金PUE小于1.25。未來，可通過優(yōu)化系統(tǒng)和服務(wù)器設(shè)置來設(shè)置小于1.07的PUE。目前，許多系統(tǒng)集成商和散熱解決方案供應(yīng)商都表示了很高的興趣，并將很快完成首個亞太地區(qū)數(shù)據(jù)中心實際應(yīng)用的概念驗證，并逐步推向亞太地區(qū)以外的全球市場。 預(yù)計2025年，數(shù)據(jù)中心每個機架的功率密度將大幅提升，英特爾已經(jīng)開發(fā)出30 ~ 180 kW的單相浸沒式冷卻能力來做對應(yīng)。 液冷數(shù)據(jù)中心有以下五點優(yōu)勢： 一、液冷技術(shù)的高效制冷可有效提升服務(wù)器的使用效率和穩(wěn)定性 液體導熱效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快更好，可以實現(xiàn)IT設(shè)備的高效制冷。同時由于液體比熱容高，吸收大量熱量后自身溫度不會發(fā)生明顯變化，因此可以設(shè)定CPU溫度。即使服務(wù)器遇到突發(fā)運行，運行功率的激增也不會導致CPU內(nèi)部溫度大幅上升，保證了CPU在一定范圍內(nèi)超頻時不會出現(xiàn)過熱故障。 二、應(yīng)用液冷技術(shù)有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能 首先，與傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心相比，液冷數(shù)據(jù)中心省去了空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)的風冷基礎(chǔ)設(shè)施，增加了循環(huán)泵，可以節(jié)省建設(shè)成本。其次，與風冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心可節(jié)能30%左右，有效降低能耗比，可以將PUE(數(shù)據(jù)中心能效指標)降至1.05，符合綠色數(shù)據(jù)中心的要求。最后，在相同的散熱條件下，液冷系統(tǒng)使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比噪聲更小，可以達到“靜音機房”的效果。
三、應(yīng)用液冷技術(shù)有助于提高數(shù)據(jù)中心單位空間的服務(wù)器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運算效率 液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻劑系統(tǒng)，但省略了空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，節(jié)省了大量空間，可以容納更多的服務(wù)器。同時，液冷技術(shù)的冷卻能力優(yōu)良，可以應(yīng)對高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)中心可以配備高密度服務(wù)器，從而獲得更高的計算效率。 四、液體冷卻服務(wù)器能夠無視海拔和地域等環(huán)境影響 數(shù)據(jù)中心是一個電子設(shè)備密集型的地方。影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素很多，其中海拔很少被提及，但對數(shù)據(jù)中心的影響很大。海拔越高，大氣壓力或空氣密度越低，導致空氣介質(zhì)冷卻效果和空氣散熱能力降低。對于風冷的數(shù)據(jù)中心，散熱能力下降，溫度上升。因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，需要降低空調(diào)系統(tǒng)的溫度，這樣會造成更多的能量損失。與空氣相比，液體的比熱容不受海拔和氣壓的影響。因此，液冷數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的散熱效率與低海拔地區(qū)相同，仍然可以保持較高的散熱效率，保證高海拔地區(qū)數(shù)據(jù)中心的運行效率和性能。 五、液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟價值 數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備24小時運行，散發(fā)著巨大的熱能。如果這些熱量直接排放到大氣中，對環(huán)境來說是一種能源浪費。液冷數(shù)據(jù)中心的熱量是以液體為載體，通過熱交換可以直接接入建筑供暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖和溫水供應(yīng)需求。它不僅節(jié)約了能源，還為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了額外的價值。 浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心把計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于液冷環(huán)境進行完全重構(gòu)，將IT設(shè)備浸沒在絕緣無腐蝕性的冷卻液中，熱量被冷卻液吸收后直接通過冷卻系統(tǒng)高效地傳導到外界，打破風冷散熱瓶頸且實現(xiàn)PUE逼近1.0，同時密封的箱體保障IT設(shè)備不受潮濕、有害氣體、振動影響，提升設(shè)備可靠性達50%以上。 藍海大腦作為液冷數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商，在高性能計算環(huán)境中提供實時的電源、熱能和利用率分析，從而改善服務(wù)器的利用率和正常運營時間；通過使用智能配電單元，可以收集實時數(shù)據(jù)，無需部署昂貴的冗余基礎(chǔ)設(shè)施；構(gòu)建實時熱圖，無需猜測是冷卻不足或過度冷卻；精細的機架級溫度監(jiān)控能夠識別超出范圍的溫度讀數(shù)，從而可以立即采取措施；通過實時子組件監(jiān)控、錯誤檢測、預(yù)防性運行狀況管理和服務(wù)器固件同步，對服務(wù)器運行狀況進行管理；借助實時監(jiān)控和管理，可以減少電源故障和其他問題，通過固定組件，控制數(shù)據(jù)中心的電量使用；通過更為精細的服務(wù)器可實現(xiàn)溫度可見性。
數(shù)據(jù)中心進入液冷時代 “無論從政策角度、市場需求還是技術(shù)成熟度來看，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)進入液冷時代。”在日前舉行的“2022數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)研討會”上，中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會秘書長呂天文表示，液冷技術(shù)的興起為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗帶來了無限可能。 據(jù)悉，液冷技術(shù)是指用液體代替空氣作為冷媒，與發(fā)熱部件進行熱交換并帶走熱量的技術(shù)。這項技術(shù)可以追溯到20世紀80年代。在20世紀90年代，一些通信設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用液冷基站。隨著云計算時代的到來，數(shù)據(jù)中心需要更高的功率和大規(guī)模部署。液冷的概念已經(jīng)正式提出，液冷技術(shù)也逐漸成熟。
目前，隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，能耗的快速增長已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展中不可忽視的問題。“東數(shù)西算”工程的全面啟動，對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗提出了更高的要求。從市場需求來看，傳統(tǒng)的風冷技術(shù)已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)中心散熱的時效性要求。數(shù)據(jù)中心的計算能力由芯片決定，但是隨著主流芯片在整個服務(wù)器中的功耗不斷增長，單機柜功率密度將從現(xiàn)在的4KW、6KW提高到15KW、20KW，傳統(tǒng)的風冷技術(shù)已經(jīng)受到了很大的限制。液冷技術(shù)不僅能滿足數(shù)據(jù)中心高密度、低能耗的發(fā)展需求，還將推動數(shù)據(jù)中心各種配置和部件的優(yōu)化和創(chuàng)新，帶來持續(xù)的優(yōu)化變革。 據(jù)介紹，液體冷卻技術(shù)根據(jù)液體冷媒與熱源的接觸方式可分為冷板式(間接接觸)、噴淋式(直接接觸)和浸沒式(直接接觸)。相比較而言，浸沒式液冷技術(shù)更能滿足節(jié)能降耗的需求，已成為數(shù)據(jù)中心制冷的首選。 據(jù)悉，現(xiàn)在很多頭部IT公司都加強了在數(shù)據(jù)中心液冷市場的產(chǎn)品研發(fā)力度。據(jù)市場權(quán)威分析機構(gòu)預(yù)測，到2026年，液冷數(shù)據(jù)中心市場的初步估值將達到1205億美元。 據(jù)了解，中國在液冷技術(shù)方面一直走在世界前列。國內(nèi)企業(yè)對液冷技術(shù)有著長期的實踐和研究，國內(nèi)先進的計算廠商已經(jīng)依托“浸沒相變液冷”技術(shù)，形成了完整的貼合數(shù)據(jù)中心需求的液冷方案。結(jié)合不同的制冷原理研發(fā)出了節(jié)能減碳效果更好的方案，實現(xiàn)了綠色節(jié)能、集約高效和安全可靠的計算技術(shù)。
據(jù)了解，不久前啟動的“東數(shù)西算”成渝樞紐節(jié)點西部(重慶)科學城先進數(shù)據(jù)中心項目，有望建成國內(nèi)最大的液冷數(shù)據(jù)中心。西部(重慶)科學城先進數(shù)據(jù)中心運營中心主任謝華表示，在節(jié)能方面，數(shù)據(jù)中心采用了浸沒式冷卻技術(shù)、余熱回收、綠色建筑、清潔能源(光伏)等多種相關(guān)技術(shù)。同時，為了全面提升機房散熱效率，降低機房整體能耗，數(shù)據(jù)中心在能源使用、機架選擇、散熱規(guī)劃、機房設(shè)計等方面做出努力，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排目標。 “行業(yè)的綠色化、集約化發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢?；诙囗椉夹g(shù)優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，浸沒式液體冷卻技術(shù)將迎來快速發(fā)展的機遇期。”呂天文表示，液冷時代已經(jīng)到來，冷板、浸沒等液冷技術(shù)將成為“雙碳”背景下新型數(shù)據(jù)中心的標配，浸沒式液冷技術(shù)將成為未來高密度數(shù)據(jù)中心的主流必需品。 |
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