“卷”的终点？数据中心进入“液冷时代”

“PUE能到多少？还能降低吗？”

每一遇到有数据中心（IDC）项目申报，来自东部沿海某城市的招商局人士张辉（化名）都会把这个问题抛给对方。得到的反馈数字也各不相同，遇到低得多的，张辉会问：“你们是用什么技术手段做到这么‘绿’的？”

上述“PUE之问”，堪称IDC领域的“时代之问”。

图源：中科曙光

为了降低PUE，拼了

PUE是数据中心总能耗与IT设备能耗的比值，数值越接近1代表其用能效率越高。2021年7月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》，指出在能效水平方面，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。

地方政府每年都会拿到并分配该省能耗总量和强度的指标。数据中心全年昼夜不停地运转，决定了它们“能耗巨兽”的本色。而作为能耗大户，地方发展改革委要凭能耗指标来决定是否建设。因此，数据中心的PUE既是政府和监管部门管理的抓手，也是IDC 各建设者争相“内卷”的重点。

为了降低PUE，技术提供商都很拼，“卷”得花样百出。

在位于北极圈附近的瑞典北部，坐落着一个数据中心，这里冬天平均气温差不多零下20度。这座数据中心建在此地最重要的原因就是，为了给机房散热。

在贵州贵安新区两座山的山体中，“藏”着一处能够容下30万台服务器的数据中心。这座数据中心把机房安装在这里，也是为了降低机房的PUE值。据称，这里的PUE极限测试值可达1.1左右。

在英国苏格兰奥克尼群岛附近的海底，也架设着一座数据中心，这是首个在海底运行的数据中心。这项海底数据中心项目，被一些人比作数据中心的“登月计划”。

北极圈、海底、山洞、湖底……在这些地方，的确可以大大提高数据中心的散热效率、降低PUE，然而它们的优点似乎也只剩这点了。

比如，在这些地方，数据中心的维护成本高昂，一旦出现问题难以及时运维。

“数据中心建设有个基本要求，那就是普适性。举个例子，数据中心不管是在漠河还是在海南岛建设，应该是一样的。”4月26日，中国电子节能技术协会秘书长吕天文在“2022数据中心液冷技术研讨会”上认为，液冷技术是解决目前数据中心“PUE之问”最佳的技术手段。

液冷技术有何神通？它能终结“PUE之问”吗？

中国电子节能技术协会秘书长 吕天文

数据中心步入“液冷时代”

“液冷”并非新事物。吕天文介绍称，早在20世纪八九十年代，这项技术就被尝试用于通信设备的基站上；此后，在消费端的游戏主机上，有一些玩家手动DIY过一些“液冷主机”，主要也是帮助散热。他说，有些极客会在液冷主机上放一些五颜六色的灯带，“还挺好看的”。

但液冷技术的系统发展与规模应用，是在2010年之后。

云计算服务形态的突飞猛进，催生了数据中心的大规模部署。加之建设方对数据中心技术的追求、用户对绿色数据中心的追捧，液冷技术发展十分迅速。

相比此前数据中心主流的风冷（空调散热）手段，液冷技术的优点可太多了。

首先，吕天文介绍说，液冷技术散热效率是风冷的不是数十倍、数百倍，而是数千倍。“为科学起见，我们定义是风冷的1000~3000倍不等，这其中差异是由不同冷却液等引起的。”

其次，液冷技术的精确制冷效果更好。由于冷却液直接作用于高耗能部件，它所发挥的作用事半功倍。“如果仅看制冷这部分的PUE值，电能利用效率可以低至1.0到1.02。”吕天文说。

此外，液冷技术还能带给数据中心一个“意外惊喜”：低噪音。

“空调制冷系统有大量外机，运转起来噪音很大，很容易遭到投诉。”吕天文说，相比之下，液冷型数据中心内外部噪音都很小。

拥有这些优点的液冷技术，在市场上“吃得很开”。

液冷技术分为直接式和间接式两种。曙光数创副总裁姚勇介绍说，目前市场上间接式和直接式液冷技术均有部署，间接液冷如冷板式液冷服务器，可以在成本微增的情况下实现效率大幅提高；喷淋式、浸没式的直接液冷方案虽然初期投入较高，但从全生命周期和更高计算密度的角度来看，效果更好。

中科曙光，是目前正以液冷技术开展数据中心绿色实践的先行者之一。

我国当前正倡导绿色低碳的生产生活方式，中国力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和。在此背景下，“东数西算”国家工程也应运而生。在东数西算工程实施进程中，“绿色化”是其中一大显著特点。

“政策的驱动、技术的成熟、市场的规模应用，标志着数据中心的液冷时代正式到来。”吕天文说。

图源：中科曙光

“中国液冷”位居第一梯队

一个时代的到来，有其显著的趋势和特点，“液冷时代”也不例外。

首先，液冷技术给数据中心带来更高的计算密度。

“一般来说计算密度是按照机柜功率来衡量的。”吕天文说，近年来单机柜功率达到8千瓦甚至一些高端计算达到20、30千瓦，但曙光提供的数据显示，液冷技术加持的服务器单机柜密度已经超过100千瓦，这无疑将为数据中心未来发展提供强大动力。

他解释称，单机柜密度越大，占地面积越小，设备管理成本越低，如此一来，原来液冷型数据中心的高成本劣势也会逐渐消弭。

其次，液冷技术与多种节能技术的融合，可以把数据中心变成一个“能源站”。吕天文介绍，相较于风冷型，液冷数据中心的热量抓取非常简单且损失很少，这样利用热回收技术，可以将余热利用发挥到很高水平。他认为，经过10~15 年的发展，“数据中心就是能源站”。

“数据中心步入到液冷时代的第三个特点，就是可以支撑更多行业的大规模计算的发展。”吕天文认为，可无差别建设的液冷数据中心，可以为科学实验、金融计算、生物信息、人工智能、自动驾驶等领域的应用提供涓涓不断的算力，“这是IDC下一步需要走的”。

值得欣慰的是，吕天文认为，液冷时代，中国并没有落在后面。

“客观地讲，我国在液冷技术方面已经走在世界前列。”吕天文说，通过他与欧美的同行的沟通交流，他认为中国的液冷系统、液冷制冷技术已经超过了许多国家，“位于第一梯队”。

市场是最好的试金石。以曙光为例，姚勇介绍称，曙光2011年就开始投入液冷技术的研发，迄今已经有11年的技术积累和沉淀。

2015年，曙光第一批商用的冷板式液冷设备下线。“我们拥有时间最长的应用案例。姚勇说，从2015年至今，他们已经有客户做液冷服务器的第二代的更迭。2018年曙光第一套商用化的浸没液冷的设备开始部署。

作为新一代数字基建的关键核心技术，曙光浸没式相变液冷技术还曾在2022年第2期《求是》杂志《大力推动我国数字经济健康发展》文章中得到推荐展示。

图源：中科曙光

随着时间的发展，曙光液冷目前具备了技术先进、部署最多、应用最久、产品成熟、经验丰富等特点。姚勇说，无论是新数据中心建设，还是旧中心改造，曙光的用户从政府机构到医疗金融，数据中心形状各式各样，但核心都是一个：使用液冷技术——“用冷板式液冷、浸没相变液冷等技术，作为数据中心制冷的首选。”