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助力企业IT业务低碳转型
文/赵乙丞 刘兆强

节能降耗是数据中心转型大趋势

2022年1月16日出版的第二期《求是》杂志,刊发了重要文章《不断做强做优做大我国数字经济》。数字经济正成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。

数据中心是数字经济的重要基础设施,国家能源局数据表明,2020年我国数据中心耗电量突破2000亿千瓦时,相当于三峡大坝两年的发电量,能耗占全国总用电量的2.7%,并且呈逐年上升趋势。2021年全国数据中心年均PUE值为1.49,整体偏高。北京市发改委下发的《北京市数据中心统筹发展实施方案2021-2023》指出,新建、扩建数据中心,要求项目PUE值不应高于1.3~1.15。对于PUE>1.4且<=1.8的项目,执行的电价加价标准为每度电加价0.2元;对于PUE>1.8的项目每度电加价0.5元。工信部在《新型数据中心发展三年行动计划》中要求,2023年底新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下,严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下。

2020年9月我国正式提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标;2021年政府工作报告将“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作”列为重点工作之一;“十四五”规划提出了关于制定碳达峰、碳中和的行动方案。双碳政策的全面实施,必将有力推进整个IDC行业格局重塑。节能型产品升级、余热利用、提升数据中心能效、降低PUE是数据中心发展的必然趋势。

液冷技术可有效降低 数据中心能耗及运营成本

液冷是提升数据中心能效的一大法宝,《中国数据中心液冷白皮书》数据显示,2024年中国液冷数据中心市场规模将超过1000亿元。相较于传统风冷,同体积液体可带走的热量是空气的1000-3000倍,能够实现部件级的精确制冷,保证元器件高性能、高可靠的工作。同时采用液冷也更利于热回收,提升能量利用率。

液冷是指使用液体取代空气作为冷媒,为发热部件进行换热,带走热量的技术。而液冷服务器是指将液体注入服务器,通过冷热交换带走服务器热量的一种服务器。一般来说,行业将液冷分为直接冷却和间接冷却。目前间接冷却以冷板式液冷技术为主;直接冷却以浸没式液冷技术为主,又可分为相变和非相变两种。除此之外还有喷淋式液冷。

冷板式液冷是在服务器中加装液冷模块,采用集中式或分布式CDU供液,manifold分液,以此对CPU、DIMM等部件进行精准制冷。目前,冷板式液冷技术在所有液冷技术中最为成熟,配套产业链也最为完善,采用冷板式液冷的数据中心年均PUE值可降低至1.2左右。浸没式液冷是将IT设备全部浸入到盛满液体的TANK中,这种方法的冷却能力更强,可以将PUE值降到1.1以下。但是浸没式液冷的技术更复杂,成熟度也更低,与冷板式相比可维护性差,成本高出很多,同时IT设备泡在冷却液中也存在相似相溶的风险。此外,两种液冷方式采用的冷却液种类也不同,冷板式冷却液一般采用去离子水、纯水、丙二醇或几种冷却液混合,成本低用量也少。而浸没式冷却液一般采用氟化物、矿物油或各种合成油,成本高且用量非常大,在使用过程中会伴随更大损耗。目前,主流的液冷方式是冷板式。

图 1 不同冷却技术对比

新华三提供液冷一体化解决方案

新华三集团在液冷数据中心业务上有多年的积累。在数据中心服务方面,新华三拥有业内首屈一指的设计服务团队、多年的液冷数据中心服务经验以及多个大型液冷数据中心项目案例,如阿里余杭仁和经开区数据中心等。可为新建、改建数据中心提供创新设计,包括数据中心咨询、设计、施工、验证与运维,提供全生命周期的服务。

除此之外,新华三集团在液冷服务器上也有多年的技术积淀。2017年,就已经在R4900 G2机架服务器上做了冷板预研,为移动(呼和浩特数据中心)提供基础设施、为清华大学提供液冷机柜,在其它节能技术的配合下,项目PUE实测值在1.08-1.17之间。除了通用机架服务器,新华三也在B16000 刀片服务器节点中做了预研,实测单节点功耗较风冷节省49.85W,CPU温度降低23℃(235W CPU),PUE实测值在1.2左右。

针对客户不同的业务场景,新华三液冷具备四种不同的交付模式。模式一:液冷服务器,针对数据中心客户需要提供液冷服务器,但其他基础设施由客户自己设计和交付的业务场景;模式二:液冷服务器、液冷机柜(包含manifold、配套管路、传感器),针对整机柜液冷交付的业务场景,如北极3.0整机柜液冷;模式三:液冷服务器、液冷机柜(包含manifold、配套管路、传感器)、分布式CDU,主要针对中小型液冷系统的业务场景;模式四:液冷服务器、液冷机柜(包含manifold、配套管路、传感器)、集中式CDU、二次测配套管路,是针对数据中心完整的液冷解决方案,面向具有部署能力的业务场景。

图 2 液冷数据中心项目案例

新华三冷板液冷系统的计算节点与CDU全面支持1+1电源冗余,支持计算节点、CDU、机柜漏液监测,CPU温度较风冷可降低10℃以上,大幅提升了整机稳定性。在维护方面,CPU节点液冷接头能够兼容不同方案,包括UQD04(中航光电、史陶比尔)、DAG06(史陶比尔),能够让客户的选择更加灵活,供货能力更有保证,在液冷设备规格参差不齐的今天,这个特性对用户使用体验的提升是巨大的;液冷系统支持带液维护,CDU自带补液泵无需外部补液设备,可以在检测到冷却液液量不足时进行自动补液;系统支持远程监控管理,让运维人员不受地域制约;CPU节点与CDU电源均无条件支持1+1电源冗余。在冷却液方面,新华三选用了intel推广的PG25(25%丙二醇+75%去离子水)冷却液,无毒安全,后期维护方便。该系统最高可将数据中心的PUE值降到1.2以下,能助力节能减排,实现“双碳”目标,同时噪音稳定在60dB以下,可有效改善机房环境。与传统风冷系统相比,该系统能够节电30%-40%,大大提升了客户的IT收益。

携手新华三液冷解决方案 共建绿色数据中心

作为“双碳”战略坚定的践行者,新华三集团在设计、生产和制造中严格执行国家相关要求,积极参与绿色标准的制定。2021年12月,由中国信息通信研究院云计算与大数据研究所牵头、依托ODCC(开放数据中心委员会)“冰河”项目组研究和制定的5项数据中心液冷行业标准正式发布,紫光股份旗下新华三集团凭借在液冷技术的深厚积淀与丰富实践,成为行业标准参编单位之一。该标准将于2022年4月1日起正式实施,内容涵盖浸没式、冷板式等主要液冷方式的技术要求和测试方法,以及液冷能源使用效率要求和测试方法、冷却液体技术要求和测试方法,有效填补了当前国内外数据中心液冷行业标准的空白。

液冷是一个跨专业方向的技术创新领域,需要数据中心侧、服务器侧、网络侧的强协同,新华三的基因非常适合液冷解决方案的落地。依托自有液冷研发实验室提供的专业技术支撑,新华三能够为各行业客户提供端到端的液冷技术方案,包括多维度液冷数据中心整体建设及液冷技术服务,并针对不同的客户需求成立定制化服务器团队,打造真正适用于行业场景的液冷解决方案。目前,新华三已完成多个冷板式液冷、浸没式液冷的实际应用建设案例。

图 3 新华三液冷解决方案

放眼未来,在“云智原生”战略和“数字大脑”的支撑下,新华三集团将持续创新与迭代,以多维度视角为客户提供从技术到产品,再到解决方案的场景化应用,携手客户共同推进“双碳战略”的持续发展。

数据中心液冷是一项新出现的“革命性”技术,液冷服务器改变了传统的计算机产品形态和使用模式, 解决了服务器风冷散热不足的安全隐患,在数据中心的应用前景非常光明, 必然会成为未来数据中心的选择。

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