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算力基礎(chǔ)設(shè)施加速升級 液冷技術(shù)成行業(yè)布局熱點

 冬日暖陽2024 2023-02-24 發(fā)布于上海

當(dāng)前,云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與新興技術(shù)加速融合,數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展。算力基礎(chǔ)設(shè)施作為各個行業(yè)信息系統(tǒng)運行的算力載體,已成為經(jīng)濟社會運行不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,在數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色。


數(shù)據(jù)中心作為承載算力資源的物理實體,在“雙碳”目標(biāo)下,其功耗也引起各方關(guān)注。數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域應(yīng)用的新一代綠色技術(shù)已經(jīng)外溢到整個算力基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,如高壓直流、預(yù)制化、液冷、自然冷卻等。

目前數(shù)據(jù)中心制冷仍主要以間接蒸發(fā)冷卻和氟泵空調(diào)為主。伴隨單機柜功率的不斷提升,傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)已逐漸無法滿足散熱需求,或相應(yīng)更加節(jié)能高效的散熱技術(shù)方案逐漸鋪開,液冷成為未來重要的制冷技術(shù)方向之一。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)需求快速增長

伴隨云計算及大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)推動,數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長,大量計算能力對數(shù)據(jù)中心的單體規(guī)模及服務(wù)器承載算力提出越來越高的需求。在此背景下,單機柜功率密度不斷提升。

根據(jù)Colocation America發(fā)布的數(shù)據(jù),2020年全球數(shù)據(jù)中心單機柜平均功率達(dá)到16.5kW,較2008年增長了175%。賽迪顧問預(yù)測,隨著數(shù)據(jù)中心算力飛速提升,高功率單機柜將迅速普及,預(yù)計2025年,全球數(shù)據(jù)中心單機柜平均功率有望達(dá)到25kW。

而伴隨單機柜功率的不斷提升,傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)已逐漸無法滿足散熱需求,或相應(yīng)更加節(jié)能高效的散熱技術(shù)方案逐漸鋪開。從早期的封閉冷/熱通道、機柜循環(huán)制冷、熱風(fēng)抽取冷卻到背板熱交換、間接蒸發(fā)冷卻,再到液冷方案中的噴淋液冷、冷板液冷以及浸沒液冷。

中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會秘書長呂天文此前表示:“無論從政策角度、市場需求還是技術(shù)成熟度來講,均標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心進入'液冷時代’?!?/span>

根據(jù)Intel服務(wù)器發(fā)布的方案中,頂配2U服務(wù)器配備8個350W CPU,仍然采用風(fēng)冷散熱,但當(dāng)CPU達(dá)到400W時,就需要使用液冷解決方案。不過實際使用過程中仍需考慮TDP轉(zhuǎn)換率以及液冷門檻值等指標(biāo)。

目前,液冷服務(wù)器主要用于CPU居多的計算型的服務(wù)器中。對于異構(gòu)計算方向采用專用TPU、GPU及AI芯片等分散異構(gòu)計算,對散熱需求標(biāo)準(zhǔn)相對較低。此外對于存儲和網(wǎng)絡(luò)型服務(wù)器、路由器及交換機等效益也不大。

液冷技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用需整體布局


就液冷技術(shù)分類而言,根據(jù)液體冷媒和發(fā)熱源的接觸方式可分為——冷板式(間接接觸)、噴淋式(直接接觸)、浸沒式(直接接觸)。其中,浸沒式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性,成為主流趨勢。

浸沒式液冷通俗理解就是將服務(wù)器完全浸沒在制冷液中,可以100%將熱量捕捉并傳導(dǎo)出去,可分為單相浸沒液冷技術(shù)和相變浸沒液冷技術(shù)。但直接液冷技術(shù)往往需要全新的數(shù)據(jù)中心設(shè)計方案,對IT設(shè)備進行特殊化定制和設(shè)計,成本較高,大規(guī)模應(yīng)用仍有難度。

噴淋式液冷在降溫過程中,存在冷卻介質(zhì)遇到高溫電子部件出現(xiàn)飄溢問題,會影響機房及設(shè)備環(huán)境。

冷板式液冷是間接液冷技術(shù)的典型方案,主要應(yīng)用于高密度的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,技術(shù)發(fā)展較早,是目前成熟度最高、應(yīng)用最廣泛的液冷散熱方案。但冷板液冷在應(yīng)用階段仍存在兩大問題,一是成本相較風(fēng)冷仍然較高,二是存在漏液風(fēng)險。

目前,在各互聯(lián)網(wǎng)大廠應(yīng)用層面均有規(guī)模使用液冷服務(wù)器,但出貨量層面仍以風(fēng)冷服務(wù)器為主:

阿里從2016年開始嘗試大規(guī)模部署液冷技術(shù),圍繞浸沒式液冷深入布局,在處理器定制和服務(wù)器硬件兼容性、電氣信號完整性等一系列優(yōu)化后,于2018年建成首個互聯(lián)網(wǎng)液冷數(shù)據(jù)中心,在2020年投產(chǎn)首個5A級綠色液冷數(shù)據(jù)中心,不過考慮浸沒式液冷定制化程度高、成本高,大規(guī)模應(yīng)用仍相對滯后。

百度在2021年面向冷板液冷發(fā)布《天蝎4.0液冷整機柜開放標(biāo)準(zhǔn)》,積極推動冷板液冷方案。

京東整機柜液冷技術(shù)已經(jīng)在2021年規(guī)模投入其“雙11”機房中。利用該技術(shù),可以實現(xiàn)芯片級液體直接冷卻,將室外冷源(水或氟化物)直接注入服務(wù)器主板芯片進行冷卻,實現(xiàn)系統(tǒng)去冷機化。

推廣液冷技術(shù)應(yīng)用落地正當(dāng)時    


如今隨著液冷技術(shù)的成熟、大量案例的成功、芯片功耗的提高、國家對PUE的指標(biāo)要求日趨嚴(yán)苛,推廣液冷技術(shù)應(yīng)用落地正當(dāng)時。

液冷服務(wù)器生態(tài)初步形成,大多以間接冷板為主。目前國內(nèi)液冷服務(wù)器廠商主要包括華為、曙光、神威藍(lán)光、浪潮等,海外液冷服務(wù)器廠商包括戴爾、惠普、思科、SGI、BULL、Cray、超微、Nortech(浪潮合作)、Iceotop等。

浸沒式液冷考慮其對服務(wù)器主板等技術(shù)革新需求以及下游廠商機房業(yè)務(wù)部署的差異性,規(guī)?;l(fā)展仍需要時間。需要關(guān)注的節(jié)點包括大規(guī)模應(yīng)用帶來的GPU功耗上升或者異構(gòu)架構(gòu)下算力快速增長對液冷提出新需求;在需求推動下,互聯(lián)網(wǎng)大廠的服務(wù)器迭代周期以及新的功耗體系下對液冷方案的規(guī)模成本達(dá)到可大規(guī)模應(yīng)用的程度。

在“東數(shù)西算”和“雙碳”目標(biāo)下,以綠色節(jié)能為中心,數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域出現(xiàn)新需求,推動包括散熱、制冷、節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,有機會進一步形成新產(chǎn)業(yè)鏈。綠色發(fā)展機遇開始顯現(xiàn),但很顯然,數(shù)據(jù)中心“綠色化”概念,并非個體的單打獨斗,而是整個生態(tài)系統(tǒng)的孵化。

(本文部分內(nèi)容整理自華西證券研究所及相關(guān)行業(yè)研究報告,內(nèi)容僅供參考,不構(gòu)成任何投資建議)


源:人民郵電報

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