通過“碳達峰”與“碳中和”行動實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是當前人類社會的共識。進入數(shù)字時代，作為信息系統(tǒng)運行的物理載體，數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模與數(shù)量增速迅猛，在源源不斷為經(jīng)濟社會提供必不可少的算力的同時，也必須承擔起節(jié)能減排、綠色發(fā)展的重任。
在眾多的綠色數(shù)據(jù)中心解決方案中，冷卻系統(tǒng)的技術創(chuàng)新是成效最顯著，也是行業(yè)最關注的發(fā)展方向。知名芯片廠商英特爾近日聯(lián)合液冷生態(tài)合作伙伴共同發(fā)布了《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》，以加強業(yè)界對冷板式液冷的認知，推動數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展進程。
生態(tài)聯(lián)合 共促綠色數(shù)據(jù)中心轉型
近年來，我國數(shù)據(jù)中心用電量飛速增長，已占到全社會總用電量的 1.5%-2% 左右。鑒于此，國家出臺了一系列政策引導數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展，并對數(shù)據(jù)中心電能利用效率(Power Usage Effectiveness，PUE)提出了硬指標：新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE要降低到 1.3 以下，并進一步要求“東數(shù)西算”國家樞紐節(jié)點內PUE 指標要控制在 1.25 以內。
綠色數(shù)據(jù)中心建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，除PUE這一能源利用效率指標外，還涉及綠色設計及綠色采購、能源資源使用管理、設備綠色管理等多種因素，因此這一復雜體系需要多種創(chuàng)新技術及方案協(xié)同發(fā)力，綜合施治。
作為可持續(xù)發(fā)展理念的踐行者，以及半導體產(chǎn)業(yè)的領軍企業(yè)，英特爾多方位探索綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排技術、工具和方式方法，重點聚焦于能效與功率密度、先進散熱技術和基礎設施智能化這三個垂直領域，從XPU等器件級到服務器系統(tǒng)、機架和數(shù)據(jù)中心四個層面，創(chuàng)新推出“四橫三縱”矩陣型綠色數(shù)據(jù)中心技術框架(見圖一)，為數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)加速節(jié)能減碳提供可靈活組合、定制的方案。
▲圖一 英特爾綠色數(shù)據(jù)中心技術框架
在數(shù)據(jù)中心的日常運行中，冷卻系統(tǒng)一直是非IT設備能耗的主要來源，傳統(tǒng)的風冷系統(tǒng)能耗往往可接近數(shù)據(jù)中心整體能耗的一半。同時，隨著數(shù)據(jù)中心向高密化、大規(guī)?；陌l(fā)展，傳統(tǒng)的冷卻技術已經(jīng)難以滿足新型數(shù)據(jù)中心的散熱需求。
因此，研發(fā)更先進的制冷技術成為綠色數(shù)據(jù)中心建設的核心重點之一。冷板式液冷為代表的數(shù)據(jù)中心制冷新技術，憑借更高的冷卻效率，可以支持更高的功率密度，以及對數(shù)據(jù)中心機房改造要求低等特性，已成為業(yè)內呼聲最高的發(fā)展方向。
液冷作為一種較風冷散熱能力更強的技術，應用于數(shù)據(jù)中心可展現(xiàn)出以下明顯優(yōu)勢：
● 滿足高功率密度機柜的散熱需求，提高數(shù)據(jù)中心使用效率;
● 循環(huán)系統(tǒng)耗能少，系統(tǒng)噪音小;
● 占地小，易于選址，全國布局皆可實現(xiàn)低PUE運行;
● 降低總擁有成本，增加算力產(chǎn)出;
● 余熱回收易實現(xiàn)，熱源品味和余熱系統(tǒng)效率高;
● 適應性強，可直接與原制冷系統(tǒng)兼容。
《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》。由英特爾與包括CSP、運營商、企業(yè)用戶、OEM、液冷部件商與服務器托管商在內的眾多合作伙伴均參與編纂，英特爾攜手產(chǎn)業(yè)生態(tài)伙伴緊密合作、聯(lián)合創(chuàng)新的重要成果之一，旨在與冷板液冷生態(tài)伙伴及潛在使用者分享對于冷板液冷技術關鍵部件設計選型的考量，并促進冷板液冷系統(tǒng)的標準化發(fā)展，進而降低設計與使用成本，推動建立并完善冷板液冷生態(tài)體系。
專業(yè)、詳盡、可落地的液冷實踐參考書
《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》從專業(yè)的角度，對冷板式液冷的概念、原理、構成等進行了詳盡的闡述，并且根據(jù)實際應用場景需求，對如何計解決方案和選擇冷板液冷配件給出了極具可行性的參考建議。
冷板式液冷是指采用液體作為傳熱工質在冷板內部流道流動，通過熱傳遞對熱源實現(xiàn)冷卻的非接觸液體冷卻技術。在冷板式液冷系統(tǒng)中，服務器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸液體，而是通過裝配在需要冷卻的電子元器件上的冷板進行散熱。因此該方式對現(xiàn)有服務器芯片組件及附屬部件改動量較小，可操作性更強，成為目前成熟度最高、應用最廣泛的液冷散熱方案。
《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》圍繞液冷一次側及二次側整個鏈路的設計展開(見圖二)，可為參與冷板散熱系統(tǒng)設計、驗證、管路的連接組裝、系統(tǒng)的檢測及維護人員工程實踐提供系統(tǒng)化參考和指導。
▲圖二 冷板式液冷整體鏈路圖
其中，冷板式液冷一次側冷源可采用機械制冷系統(tǒng)和自然冷卻系統(tǒng)。機械制冷系統(tǒng)包括風冷冷凍水系統(tǒng)和水冷冷凍水系統(tǒng)，可提供12C-18℃的中溫冷凍水;自然冷卻是在室外氣象條件允許的情況下，利用室外空氣的冷量而不需機械制冷的冷卻過程，自然冷卻系統(tǒng)可采用開式冷卻塔、閉式冷卻塔和干冷器等設備實現(xiàn)，可提供30C以上的冷卻水。液冷一次側冷源形式需結合次側末端水溫需求和項目地室外環(huán)境情況確定。
二次側液體回路是指從冷量分配單元到機架，通過供回冷卻工質歧管和IT設備連接，然后再通過歧管返回冷量分配單元的設計。來自二次側冷卻回路的熱量通過冷量分配單元的板式熱交換器傳遞到一次側冷卻回路，最終排放到大氣中或被熱回收再利用。
冷板系統(tǒng)的配件設計考量涉及冷卻工質、冷板設計、冷量分配單元(CDU)、機架式冷卻工質供回液歧管、循環(huán)泵、自封式快換接頭、二次側管路、背板空調等廣泛的內容領域和設計標準與規(guī)范，設計參考對上述要素都給予了系統(tǒng)闡述。
設計考量從硬件與效能兩個角度出發(fā)。在硬件方面，設計參考對各類部件、材料進行了細致闡述，對于不同的選型進行了優(yōu)缺點分析，探討了部件、材料應用中可能涉及到的結構、設計等問題，并指明了部件、材料應該遵循的國家標準及條款，對目前可采用的產(chǎn)品類型進行了推薦。
在效能方面，設計參考以實際場景為基準，提出了各部件的作用與應該達到的效能，特別是在不同的參數(shù)、結構、使用環(huán)境中，各產(chǎn)品在體積、重量、效能，乃至運輸環(huán)節(jié)應該達成的性能指標。
服務穩(wěn)定、不間斷是數(shù)據(jù)中心運營中最核心的訴求。設計參考對冷板式液冷系統(tǒng)的泄漏檢測和干預、壓力安規(guī)設置了單章闡述，確保數(shù)據(jù)中心在采用冷板式液冷技術時的安全、穩(wěn)定運行。
打造綠色新生態(tài)，開啟液冷新未來
在發(fā)布《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》的同期，英特爾攜手廣泛的生態(tài)伙伴，成立“綠色數(shù)據(jù)中心技術創(chuàng)新論壇”，集 合多家ICT產(chǎn)業(yè)上下游廠商，繼續(xù)擴大技術“手印”，合力共建綠色、可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實踐——冷板液冷系統(tǒng)設計參考》的發(fā)布，為數(shù)據(jù)中心冷板式液冷技術的普及提供可靠的路徑，為液冷技術的應用、研究進一步發(fā)展奠定了基礎。隨著數(shù)據(jù)中心進入液冷時代，綠色算力將成為國民經(jīng)濟實現(xiàn)高質量發(fā)展最主要的動力與保障，為數(shù)字經(jīng)濟整體邁向“碳中和”奠定堅實基石，為全球可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。
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