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驅(qū)動液冷技術(shù)落地英特爾攜生態(tài)伙伴賦能數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展

2023-02-21 16:57:35 來源：壹點(diǎn)網(wǎng)

來源：IDC圈

縱觀人類歷史，每次技術(shù)革新都伴隨著生產(chǎn)要素和生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。如今，隨著全球算力日益增長，數(shù)據(jù)中心單位空間中產(chǎn)生的熱量正在不斷增加、功率密度持續(xù)增大。賽迪顧問預(yù)測，快速增長的數(shù)據(jù)中心算力將推動高功率單機(jī)柜快速普及，預(yù)計到2025年全球數(shù)據(jù)中心平均功率達(dá)到25kW。“雙碳”背景下，數(shù)據(jù)中心“降耗增效”的綠色發(fā)展需求迫切，液冷作為一種具備更強(qiáng)散熱能力的制冷技術(shù)，正在受到市場持續(xù)關(guān)注。

算力競速開啟冷板式液冷應(yīng)用廣泛

近年來，隨著英特爾、華為、浪潮、聯(lián)想、阿里等企業(yè)在液冷領(lǐng)域不斷探索，正加速推動液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施商業(yè)化的進(jìn)程。科智咨詢預(yù)計，到2025年，中國液冷數(shù)據(jù)中心應(yīng)用市場規(guī)模將從2019年的114.7億元達(dá)到849.5億元。

2019-2025年中國液冷數(shù)據(jù)中心應(yīng)用市場規(guī)模（單位：億元）

數(shù)據(jù)來源：科智咨詢

注：液冷數(shù)據(jù)中心應(yīng)用市場規(guī)模包含配套機(jī)電設(shè)備，液冷解決方案以及液冷服務(wù)器等。

目前，常見的數(shù)據(jù)中心液冷方式主要包括冷板式、噴淋式和浸沒式三種。其中，冷板式液冷主要應(yīng)用于一般高密度的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，該技術(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，對促進(jìn)當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的綠色發(fā)展、降低PUE有不可或缺的重要作用。

但在應(yīng)用階段，對于用戶來說，始終存在兩大疑慮：一個是成本相較風(fēng)冷仍然較高，一個是存在漏液風(fēng)險問題。英特爾攜手生態(tài)伙伴緊密合作、聯(lián)合創(chuàng)新，于2022年發(fā)布了《英特爾高效能數(shù)據(jù)中心白皮書》《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》（下稱《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》）兩份白皮書，將冷板式液冷技術(shù)發(fā)揮到極致、同時解決這兩大棘手難題。

英特爾高效能數(shù)據(jù)中心白皮書：

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/now/data-centric/high-performance-dc-green-dual-carbon-strategy.html

綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐 —— 冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/now/data-centric/liquid-cooling-cold-plates-design-reference.html

用科技全方位守護(hù) 一站式消除用戶疑慮

近年來，圍繞降低PUE這一關(guān)鍵指標(biāo)，整個ICT產(chǎn)業(yè)都在積極采用創(chuàng)新技術(shù)和模式。英特爾也不例外，在芯片、服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品等領(lǐng)域，不斷進(jìn)行創(chuàng)新技術(shù)迭代。依托數(shù)十年在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的創(chuàng)新和領(lǐng)導(dǎo)地位，英特爾提供了可持續(xù)性的數(shù)據(jù)中心處理器技術(shù)，全新的可拓展處理器可以通過內(nèi)置加速器更高效地實現(xiàn)領(lǐng)先性能，從而實現(xiàn)平臺級的功率節(jié)省。同時，基于英特爾及其生態(tài)伙伴多年的積累與實踐，推出了“四橫三縱”矩陣型綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)框架（“綠菜單”），提供了一系列整體解決方案和參考設(shè)計，將散熱技術(shù)置于關(guān)鍵地位，旨在有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的“降耗增效”，將PUE維持在1.25以內(nèi)。

科技賦能，系統(tǒng)性解決冷板式液冷兩大棘手難題

1、全方位、立體化解決方案，應(yīng)對高成本

1）簡易設(shè)計，滿足冷卻需求還能降低成本

冷板式液冷是指采用液體作為傳熱工質(zhì)在冷板內(nèi)部流道流動，通過熱傳遞對熱源實現(xiàn)冷卻的非接觸液體冷卻技術(shù)。在常規(guī)設(shè)計中，為了提高冷卻性能，需要盡可能多地增加冷板內(nèi)部微通道與液體的接觸面積，因此在冷板設(shè)計結(jié)構(gòu)上，往往也會比較復(fù)雜。但問題也隨之而來，設(shè)計越復(fù)雜，成本就越高。面對這一難題，英特爾聯(lián)合眾多生態(tài)伙伴發(fā)布的《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》給出了一份綠色高效的解決方案，在“液冷部件的設(shè)計考量”方面，冷板的設(shè)計主要通過帶有簡易內(nèi)部流體通道的模塊結(jié)構(gòu)來提高冷卻性能、降低成本。

2）模塊化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率

數(shù)據(jù)中心“模塊化”建設(shè)方式，可以為數(shù)據(jù)中心建設(shè)層面實現(xiàn)碳中和提供強(qiáng)有力支持。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心模式相比，通過模塊化設(shè)計的冷板式液冷解決方案，搭配專業(yè)冷媒，覆蓋CPU、內(nèi)存等主要部件，能夠顯著降低成本。英特爾通過積極行動和創(chuàng)新技術(shù)，與生態(tài)伙伴開放合作，驅(qū)動全棧聯(lián)動節(jié)能，系統(tǒng)化減少碳足跡。

在合作伙伴比赫的《數(shù)據(jù)中心液冷整體解決方案》中，應(yīng)對數(shù)據(jù)中心廣泛的液冷需求，采用模塊化+標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)一站式解決方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷板式液冷項目快速集成落地。作為唯一通過INTEL認(rèn)證的冷板液冷方案集成商（截止2022年底），比赫在項目落地過程中，實行各個模塊獨(dú)立設(shè)計、廠內(nèi)預(yù)制、獨(dú)立包裝、現(xiàn)場去工程化安裝。整個模塊化操作方案分為外冷設(shè)備及管道模塊、一次側(cè)CDU及管網(wǎng)模塊、二次側(cè)CDU及管網(wǎng)模塊、集群環(huán)網(wǎng)模塊四個模塊組成部分，四個模塊全部獨(dú)立包裝和安裝。

3）標(biāo)準(zhǔn)化提升質(zhì)量、規(guī)模化降低成本、差異化合作共贏

《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》白皮書提出，標(biāo)準(zhǔn)化是推進(jìn)液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展的關(guān)鍵。通過標(biāo)準(zhǔn)化可以有效地降低液冷應(yīng)用的技術(shù)門檻和成本門檻，從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化。

目前，英特爾正在與液冷零部件廠商、OXM廠商以及大批終端用戶一起來推動冷板式液冷各個部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作。通過零部件設(shè)計質(zhì)量要求和驗證方法的制定，將整個行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)從及格提升到優(yōu)質(zhì)。然后從優(yōu)質(zhì)提升到優(yōu)秀這個階段，英特爾倡導(dǎo)生態(tài)伙伴創(chuàng)新共贏，通過差異化的方式吸引更多上下游客戶進(jìn)入液冷行業(yè)，持續(xù)降低整個行業(yè)平均成本，最終讓用戶享受到更加實惠的價格。以鏟齒產(chǎn)品為例，在實現(xiàn)規(guī)模化以前，整個生產(chǎn)流程會經(jīng)歷很多步驟消耗大量工時，非常繁瑣。規(guī)模化以后，直接用壓鑄沖壓機(jī)就可以節(jié)省掉很多工時和流程，降低工藝成本，從而間接降低用戶成本。

2、穩(wěn)健泄漏預(yù)防策略，科技化解漏液風(fēng)險問題

對冷板式液冷技術(shù)來說，成本與漏液這兩個問題本身也存在內(nèi)部邏輯聯(lián)系：真正解決漏液風(fēng)險才是實現(xiàn)降低成本的根本所在。簡單說，泄漏風(fēng)險越低，用戶就越放心，用得人就越多，規(guī)模效應(yīng)就越大，成本就越低。

1）通過全新的技術(shù)設(shè)計和制造工藝降低泄漏風(fēng)險

冷板式液冷系統(tǒng)主要包括水冷板（water cold plate）、管道（tube）、快換接頭（quick disconnect coupling）、分液器（Manifold）、冷卻液分配單元（CDU）與室外冷卻設(shè)備等組件，任何一個組件和安裝環(huán)節(jié)處理不好，都有出現(xiàn)漏液風(fēng)險的可能性。

對于冷板式液冷來說，發(fā)生泄漏可能性最多的地方就是各個接口位置，比赫采用改進(jìn)的接口設(shè)計工藝，最大程度降低了運(yùn)行過程中的接口泄漏概率。為了降低人工操作失誤帶來泄漏風(fēng)險，產(chǎn)品采用防呆設(shè)計，并通過扣壓機(jī)實現(xiàn)自動化安裝。同時還制造了包括依據(jù)Intel UQD規(guī)范設(shè)計的快換接頭，實現(xiàn)單次插拔泄漏量小于1/6 液滴(連續(xù)插拔6次，允許一滴滴落)或小于0.5毫升，這種快換接頭支持?jǐn)?shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)工作過程中帶液插拔，大幅提高了維護(hù)效率。

2）全方位漏液感知與干預(yù)系統(tǒng)守護(hù)安全

為了最大限度降低漏液帶來的風(fēng)險，英特爾和生態(tài)伙伴比赫采用了一套對用戶來說體驗可謂極致的漏液感知與干預(yù)系統(tǒng)，可以第一時間確定泄漏的發(fā)生位置，并通過服務(wù)器自我保護(hù)設(shè)計實現(xiàn)自動保護(hù)和報警。

通過漏液傳感器LEAK SENSORS，包括漏液檢測繩LEAK SENSORS ROPE在內(nèi)的檢測設(shè)備，直接檢測漏液，在第一時間發(fā)送警報，并將漏液信息，包括時間、位置等提交給系統(tǒng)管理員。

考慮到工作人員響應(yīng)時間周期內(nèi)，依然存在漏液造成損失的風(fēng)險問題，《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》白皮書還提出了更進(jìn)一步的自動干預(yù)方式，包括自動電氣和流體干預(yù)，也就是當(dāng)檢測到泄漏通知時，IT設(shè)備自動斷電，同時冷卻液自動停止工作。這可以更大限度地避免大量硬件設(shè)施暴露接觸到泄漏液體中，從而方便維修，進(jìn)一步降低損失。

以人為本，用戶至上，極致體驗

1、低毒防腐的冷卻工質(zhì)

本著以人為本的原則，踐行用戶至上，充分考慮到冷卻工質(zhì)對人、自然環(huán)境和服務(wù)器帶來的污染和腐蝕問題，《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》主要推薦了純水液（水基冷卻工質(zhì)）以及毒性較低的丙二醇（防凍液）等作為冷卻工質(zhì)。為了彌補(bǔ)冷卻工質(zhì)品質(zhì)和系統(tǒng)腐蝕可能帶來的風(fēng)險，防止因顆粒物、碎屑和細(xì)菌污染而引起的操作可靠性問題，同時考慮到維護(hù)的便利性，還采取了計劃周期性的維護(hù)和計劃外的突發(fā)維護(hù)干預(yù)，使用冗余設(shè)計來保障液冷系統(tǒng)實現(xiàn)在線維護(hù)。

2、防高壓噴濺設(shè)計

在冷板式液冷系統(tǒng)中，冷卻工質(zhì)在流動過程中如果壓力過大，也會增加漏液風(fēng)險，而且會對工作人員和設(shè)備造成潛在風(fēng)險。根據(jù)《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》，液冷系統(tǒng)及其部件需要符合當(dāng)?shù)匕踩?guī)范，依據(jù)國際電工委員會（IEC）針對IT設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)（IEC60950-1和IEC62368-1）進(jìn)行設(shè)計。為了防止出現(xiàn)高壓噴濺風(fēng)險，還要求服務(wù)器的進(jìn)液口位置配置專門的防水錘閥門，全方位保障用戶安全。

面向未來，聚力綠色可持續(xù)發(fā)展

“書同文，車同軌，行同倫”。作為國際領(lǐng)先的科技公司，節(jié)能、減碳、綠色、可持續(xù)化一直是英特爾公司的一個重要戰(zhàn)略目標(biāo)。面向未來，英特爾和他的生態(tài)伙伴們正攜手深化合作創(chuàng)新，不斷深入探討液冷技術(shù)，推進(jìn)IT設(shè)備、算力設(shè)施，尤其是作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)底座的數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步降耗增效，釋放整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)和科技生態(tài)之力，助力中國為全球可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

春夏秋冬，周而復(fù)始。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，持續(xù)發(fā)熱的電子元器件需要24小時不間斷冷卻。而每一滴冷卻液的靜靜流淌，都離不開科技與人性的倍加呵護(hù)。

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