“PUE能到多少？還能降低嗎？”
每一遇到有數(shù)據(jù)中心（IDC）項目申報，來自東部沿海某城市的招商局人士張輝（化名）都會把這個問題拋給對方。得到的反饋數(shù)字也各不相同，遇到低得多的，張輝會問：“你們是用什么技術手段做到這么‘綠’的？”
上述“PUE之問”，堪稱IDC領域的“時代之問”。
圖源：中科曙光
為了降低PUE，拼了
PUE是數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設備能耗的比值，數(shù)值越接近1代表其用能效率越高。2021年7月，工信部發(fā)布《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》，指出在能效水平方面，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。
地方政府每年都會拿到并分配該省能耗總量和強度的指標。數(shù)據(jù)中心全年晝夜不停地運轉，決定了它們“能耗巨獸”的本色。而作為能耗大戶，地方發(fā)展改革委要憑能耗指標來決定是否建設。因此，數(shù)據(jù)中心的PUE既是政府和監(jiān)管部門管理的抓手，也是IDC 各建設者爭相“內卷”的重點。
為了降低PUE，技術提供商都很拼，“卷”得花樣百出。
在位于北極圈附近的瑞典北部，坐落著一個數(shù)據(jù)中心，這里冬天平均氣溫差不多零下20度。這座數(shù)據(jù)中心建在此地最重要的原因就是，為了給機房散熱。
在貴州貴安新區(qū)兩座山的山體中，“藏”著一處能夠容下30萬臺服務器的數(shù)據(jù)中心。這座數(shù)據(jù)中心把機房安裝在這里，也是為了降低機房的PUE值。據(jù)稱，這里的PUE極限測試值可達1.1左右。
在英國蘇格蘭奧克尼群島附近的海底，也架設著一座數(shù)據(jù)中心，這是首個在海底運行的數(shù)據(jù)中心。這項海底數(shù)據(jù)中心項目，被一些人比作數(shù)據(jù)中心的“登月計劃”。
北極圈、海底、山洞、湖底……在這些地方，的確可以大大提高數(shù)據(jù)中心的散熱效率、降低PUE，然而它們的優(yōu)點似乎也只剩這點了。
比如，在這些地方，數(shù)據(jù)中心的維護成本高昂，一旦出現(xiàn)問題難以及時運維。
“數(shù)據(jù)中心建設有個基本要求，那就是普適性。舉個例子，數(shù)據(jù)中心不管是在漠河還是在海南島建設，應該是一樣的。”4月26日，中國電子節(jié)能技術協(xié)會秘書長呂天文在“2022數(shù)據(jù)中心液冷技術研討會”上認為，液冷技術是解決目前數(shù)據(jù)中心“PUE之問”最佳的技術手段。
液冷技術有何神通？它能終結“PUE之問”嗎？
中國電子節(jié)能技術協(xié)會秘書長 呂天文
數(shù)據(jù)中心步入“液冷時代”
“液冷”并非新事物。呂天文介紹稱，早在20世紀八九十年代，這項技術就被嘗試用于通信設備的基站上；此后，在消費端的游戲主機上，有一些玩家手動DIY過一些“液冷主機”，主要也是幫助散熱。他說，有些極客會在液冷主機上放一些五顏六色的燈帶，“還挺好看的”。
但液冷技術的系統(tǒng)發(fā)展與規(guī)模應用，是在2010年之后。
云計算服務形態(tài)的突飛猛進，催生了數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模部署。加之建設方對數(shù)據(jù)中心技術的追求、用戶對綠色數(shù)據(jù)中心的追捧，液冷技術發(fā)展十分迅速。
相比此前數(shù)據(jù)中心主流的風冷（空調散熱）手段，液冷技術的優(yōu)點可太多了。
首先，呂天文介紹說，液冷技術散熱效率是風冷的不是數(shù)十倍、數(shù)百倍，而是數(shù)千倍。“為科學起見，我們定義是風冷的1000~3000倍不等，這其中差異是由不同冷卻液等引起的。”
其次，液冷技術的精確制冷效果更好。由于冷卻液直接作用于高耗能部件，它所發(fā)揮的作用事半功倍。“如果僅看制冷這部分的PUE值，電能利用效率可以低至1.0到1.02。”呂天文說。
此外，液冷技術還能帶給數(shù)據(jù)中心一個“意外驚喜”：低噪音。
“空調制冷系統(tǒng)有大量外機，運轉起來噪音很大，很容易遭到投訴。”呂天文說，相比之下，液冷型數(shù)據(jù)中心內外部噪音都很小。
擁有這些優(yōu)點的液冷技術，在市場上“吃得很開”。
液冷技術分為直接式和間接式兩種。曙光數(shù)創(chuàng)副總裁姚勇介紹說，目前市場上間接式和直接式液冷技術均有部署，間接液冷如冷板式液冷服務器，可以在成本微增的情況下實現(xiàn)效率大幅提高；噴淋式、浸沒式的直接液冷方案雖然初期投入較高，但從全生命周期和更高計算密度的角度來看，效果更好。
中科曙光，是目前正以液冷技術開展數(shù)據(jù)中心綠色實踐的先行者之一。
我國當前正倡導綠色低碳的生產(chǎn)生活方式，中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。在此背景下，“東數(shù)西算”國家工程也應運而生。在東數(shù)西算工程實施進程中，“綠色化”是其中一大顯著特點。
“政策的驅動、技術的成熟、市場的規(guī)模應用，標志著數(shù)據(jù)中心的液冷時代正式到來。”呂天文說。
圖源：中科曙光
“中國液冷”位居第一梯隊
一個時代的到來，有其顯著的趨勢和特點，“液冷時代”也不例外。
首先，液冷技術給數(shù)據(jù)中心帶來更高的計算密度。
“一般來說計算密度是按照機柜功率來衡量的。”呂天文說，近年來單機柜功率達到8千瓦甚至一些高端計算達到20、30千瓦，但曙光提供的數(shù)據(jù)顯示，液冷技術加持的服務器單機柜密度已經(jīng)超過100千瓦，這無疑將為數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展提供強大動力。
他解釋稱，單機柜密度越大，占地面積越小，設備管理成本越低，如此一來，原來液冷型數(shù)據(jù)中心的高成本劣勢也會逐漸消弭。
其次，液冷技術與多種節(jié)能技術的融合，可以把數(shù)據(jù)中心變成一個“能源站”。呂天文介紹，相較于風冷型，液冷數(shù)據(jù)中心的熱量抓取非常簡單且損失很少，這樣利用熱回收技術，可以將余熱利用發(fā)揮到很高水平。他認為，經(jīng)過10~15 年的發(fā)展，“數(shù)據(jù)中心就是能源站”。
“數(shù)據(jù)中心步入到液冷時代的第三個特點，就是可以支撐更多行業(yè)的大規(guī)模計算的發(fā)展。”呂天文認為，可無差別建設的液冷數(shù)據(jù)中心，可以為科學實驗、金融計算、生物信息、人工智能、自動駕駛等領域的應用提供涓涓不斷的算力，“這是IDC下一步需要走的”。
值得欣慰的是，呂天文認為，液冷時代，中國并沒有落在后面。
“客觀地講，我國在液冷技術方面已經(jīng)走在世界前列。”呂天文說，通過他與歐美的同行的溝通交流，他認為中國的液冷系統(tǒng)、液冷制冷技術已經(jīng)超過了許多國家，“位于第一梯隊”。
市場是最好的試金石。以曙光為例，姚勇介紹稱，曙光2011年就開始投入液冷技術的研發(fā)，迄今已經(jīng)有11年的技術積累和沉淀。
2015年，曙光第一批商用的冷板式液冷設備下線。“我們擁有時間最長的應用案例。姚勇說，從2015年至今，他們已經(jīng)有客戶做液冷服務器的第二代的更迭。2018年曙光第一套商用化的浸沒液冷的設備開始部署。
作為新一代數(shù)字基建的關鍵核心技術，曙光浸沒式相變液冷技術還曾在2022年第2期《求是》雜志《大力推動我國數(shù)字經(jīng)濟健康發(fā)展》文章中得到推薦展示。
圖源：中科曙光
隨著時間的發(fā)展，曙光液冷目前具備了技術先進、部署最多、應用最久、產(chǎn)品成熟、經(jīng)驗豐富等特點。姚勇說，無論是新數(shù)據(jù)中心建設，還是舊中心改造，曙光的用戶從政府機構到醫(yī)療金融，數(shù)據(jù)中心形狀各式各樣，但核心都是一個：使用液冷技術——“用冷板式液冷、浸沒相變液冷等技術，作為數(shù)據(jù)中心制冷的首選。”
標簽： 液冷技術 數(shù)據(jù)中心
