数据中心液冷化改造可行性解决方案探讨

作者:兰洋科技    浏览量:4475    时间:2023年02月09日    标签: 液冷数据中心 绿色数据中心 东数西算 超算中心

一、数据中心液冷化改造适用技术分析

1.技术成熟情况。

通过近些年的发展,冷板式液冷技术相比浸没式液冷技术更为成熟、生态比较完善。理论上,冷板液冷技术对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小,液冷化改造可操作性相对较强。对于当前的数据中心整体架构及后续维护及日常使用等影响不大,运维模式、机房承重与传统风冷场景基本一致,可解决数据中心服务器设备80%的散热问题,而对于机柜内的硬盘、电源等其他发热部件依然需要传统风冷方式散热。

浸没式液冷可以获得更优的PUE值,也有企业推出了商用化改造建设解决方案,并落地了一些改造建设案例,但总体上还处于技术成熟和商业化完善阶段。例如,浸没式液冷改造对于服务器有一定的要求,服务器箱体需要定制、冷却液价格相对较高且有一定的挥发性,维护需要专用维护辅助设备(机械吊臂或吊车),大多数浸没式液冷服务器机柜对于机房承重提出更高的要求。

2.市场商用情况。

从市场占有情况分析,目前冷板式液冷数据中心产品市场上占比较高,互联网巨头以及数据中心设备企业多推出了商用化冷板式液冷服务器,但商用化的浸没式液冷服务器很少,阿里巴巴等领先企业多采用企业定制化的浸没式液冷服务器。浸没式液冷是数据中心的跃迁式技术创新,相较于冷板式液冷制冷效率更高,具有高能效、高密度、高可用和高可靠性等特性,随着浸没式液冷技术的逐渐成熟和生态完善,未来浸没式液冷数据中心基础设施将可能会成为主流。

3.投资回收情况。

液冷数据中心初期建设投资高于传统风冷数据中心,根据企业提供的数据,按照机架功率测算,每千瓦造价要高出约20%~40%。初步测算液冷带来的电费节省收益,大约2.5~4年液冷数据中心总体投资与风冷数据中心基本持平。具体投资测算受机架功率密度等配置和现场环境等影响存在差异,液冷机柜功率密度越高,单位造价越低。

表1 数据中心主流散热技术比较

数据中心主流散热技术比较.png

备注:

1.因目前暂无国家或行业规范标准,冷板式液冷、浸没式液冷对于机房承重要求来源于数据中心设备企业的建议值;

2.由于不同冷却液密度的差异,使得浸没式液冷机柜对于承重要求差别较大,采用密度小的合成烃类冷却液的浸没式液冷机柜对于承重要求≧10KN/m2,而采用密度大的氟化物冷却液的浸没式液冷机柜对于承重要求≧15KN/m2;

3. 1Kg=9.8N(牛顿)。

综上所述,理论上,冷板式液冷技术是现网数据中心液冷化改造适用技术,虽然也有企业推出了浸没式单相液冷商用化改造解决方案和落地应用案例。但在具体改造实施上,由于改造必然涉及设备维保服务、量身化定制等技术实现细节,因此还需要结合现场环境及定制化、规模化等投入产出因素综合权衡决策。兰洋科技建议采用连同服务器和机柜全新替换方式改造建设传统风冷机柜。

二、哪些数据中心适合液冷化改造

从数据中心类型分析,应用于人工智能高性能计算HPC)等高算力需求场景的算力中心或超算中心适合优先采用液冷化技术改造或液冷机柜升级迭代。这是因为算力中心或超算中心主要发热源是承担了大数据量计算或复杂计算的算力型服务器的主芯片(CPU、GPU)和内存,且对于CPU、GPU和内存的性能要求高,功耗和发热量也相对较高,适合部署液冷基础设施实现高效散热以发挥满载性能,同时也有助于进一步提升单机架功率密度实现更高计算性能的输出。

而存储类服务器,通常配置较多硬盘,且对于算力及性能要求一般,配置的CPU一般不需要采用性能和功耗较高的型号,液冷投资收益不高,因此从投资效益的角度,存储型服务器和网络设备建议仍采用传统风冷方式部署。

三、数据中心液冷化改造建设实施步骤举例

以下基于冷板式液冷技术,对数据中心液冷化改造建设做一个初步概述:

数据中心机柜的液冷化改造建设。主要工作量在于对原有机柜及服务器的冷板式改造,改造内容是配电、布放管路、冷却液体流量分配单元CDU等,并同步配套调试漏液监测、堵塞等监控系统。

数据中心冷板式液冷改造方案

数据中心机房的液冷化改造建设。数据中心机房液冷化改造的主要工作在于铺设室内外液冷管道、安装冷却液体流量分配单元(CDU)、新建或改造冷却塔等。

数据中心机房的液冷化改造建设。根据初步市场调研情况,兰洋科技等企业已经推出了商用化改造解决方案,并落地了一些现网数据中心改造建设具体案例。液冷化建设已经为越来越多的数据中心企业所接受,进一步推动液冷化技术成熟和商业生态完善。

本文标题:数据中心液冷化改造可行性解决方案探讨

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