液冷数据中心驱动因素和建设难点分析

作者:兰洋科技    浏览量:4407    时间:2023年06月16日    标签: 液冷数据中心 液冷系统 三年行动计划

一、液冷数据中心发展驱动因素分析

1.高密高算力基础设施推动液冷新需求

国数字经济正在转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段。当前,新型应用日新月异,AI、智算纷纷提前布局,高密、高算力等多样性算力基础设施持续发展,计算型节点、AI 训练、超算等高算力业务需求持续推升芯片性能、功率与服务器功率不断提高,液冷技术利用液体较高的比热容和换热能力可以支撑更高功率散热,正在逐步成为新型制冷需求。

图:高算力带来高性能

图 高算力带来高性能

为促进液冷技术发展推进,国家、地方及行业推出相关政策引导液冷技术落地应用。

2021 年 5 月发改委、工信部等部门联合发布的《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》中要求“推动数据中心采用液冷、机柜模块化余热回收利用等节能技术模式”。

2021 年 7 月工信部《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)》要求“加强核心技术研发。鼓励企业加大技术研发投入,开展新型数据中心预制化、液冷等设施层,专用服务器、存储阵列等 IT层,总线级超融合网络等网络层的技术研发”。

2021 年 11 月发改委《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》明确“支持采用液冷等方式”。

2.政府对数据中心能效监管日益趋严

数据中心是数据流接收、处理、存储与转发的“中枢大脑”。为激活数据要素潜能,不断做强做优做大数字经济发展,我国正加快构建新型数据中心基础设施体系。同时,在“双碳”宏观形势下,政府部门近年陆续出台多项文件,对数据中心 PUE(电能利用效率)监管要求不断提高、达标时间不断提前。

2021 年 7 月工信部印发《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)》(工信部通信〔2021〕76 号),明确“到 2023 年底,新建大型及以上数据中心PUE 降低到 1.3 以下,严寒寒冷地区力争降低到 1.25 以内”。2021 年 11 月发改委印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》(发改高技〔2021〕1742 号),明确“到 2025 年,新建大型、超大型数据中心PUE降到1.3以下,国家枢纽节点降至1.25以下。”2022年 1 月发改委同意启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点的系列复函中明确要求国家算力东、西部枢纽节点数据中心 PUE 分别控制在 1.25、1.2 以下。

液冷技术通过冷却液体替代传统空气散热,液体与服务器高效热交换,提高效率,挖潜自然冷源,降低 PUE,逐步成为一种新型制冷解决方案。

传统风冷已不能满足高密度高功耗单机柜散热

图 传统风冷已不能满足高密度高功耗单机柜散热

二、液冷技术发展现状分析

液冷技术主要包括冷板式液冷浸没式液冷喷淋式液冷技术三种。

冷板式液冷是服务器芯片等高发热元件的热量通过冷板间接传递给液体进行散热,低发热元件仍通过风冷散热的一种方式。

浸没式液冷是服务器完全浸入冷却液中,全部发热元件热量直接传递给冷却液,通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变进行散热的一种方式。其中,冷却液循环流动的方式为单相浸没式液冷,冷却液蒸发冷凝相变的方式为相变浸没式液冷,相变浸没式液冷控制更复杂、要求更高。

喷淋式液冷是用冷却液直接喷淋芯片等发热单元,通过对流换热进行散热的一种方式。当前,冷板式液冷、单相浸没式液冷为主要形式。

三、液冷产业生态发展现状

冷产业生态涉及产业链上中下游,包括上游的产品零部件提供商、中游的液冷服务器提供商及下游的算力使用者。

产业链上游

上游主要为产品零部件及液冷设备,包括快速接头CDU、电磁阀、浸没液冷 Tank、manifold、冷却液等组件或产品供应商。部分代表厂商有英维克、3M、云酷、竞鼎、诺亚、广东合一、绿色云图等。

产业链中游

中游主要为液冷服务器、芯片厂商以及液冷集成设施、模块与机柜等。部分代表厂商有华为、中兴、浪潮、曙光、新华三、联想、超聚变、英特尔等。

产业链下游

游主要包括三家电信运营商,百度、阿里巴巴、腾讯、京东等互联网企业以及信息化行业应用客户,主要在电信信息、互联网、政府、金融、交通和能源等信息化应用。目前,阿里巴巴以单相浸没式液冷为主要发展方向,其他用户以冷板式液冷试点应用居多。

中国移动5G 基站单相浸没式液冷试点

图 中国移动5G 基站单相浸没式液冷试点

四、液冷数据中心建设难点与挑战

1.液冷产业生态尚不成熟

目前业内尚无服务器与机柜统一接口规范标准,机柜与服务器深度耦合,各家服务器设备、冷却液、制冷管路、供配电等产品形态各异,不同厂家产品接口不同、不能互相兼容,势必限制竞争,影响产业高质量发展。

2.液冷系统架构尚在演进

当前业内液冷系统架构不同,制冷与供电存在分布式、集中式不同架构;部分厂家服务器已演进为高温服务器,可减配冷水机组,进一步简化冷源架构,促进降本增效。

3.液冷系统成本仍较高

与传统风冷产品比较,液冷仍存在初期投资高、全生命周期成本高等问题,影响产品的规模应用与推广。

本文标题:液冷数据中心驱动因素和建设难点分析

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