近年來，液冷技術在數據中心領域的遭遇可以用一個詞形容：又冷又熱。

技術冷：作為冷卻介質，液體的冷卻效能遠遠高于空氣，所以在冷卻效果上比風冷更“冷”一籌。

關注熱：隨著技術發(fā)展與產業(yè)環(huán)境、政策變化，液冷再度受到行業(yè)關注，且熱度持續(xù)增加。

產品熱：數據中心產業(yè)上游的設備廠商對液冷熱情高漲，相關產品與研發(fā)層出不窮，產業(yè)下游的云廠商們也開展了不同程度的技術探索。

應用冷：產業(yè)中游的數據中心對液冷態(tài)度謹慎，尚無數據中心企業(yè)宣布液冷規(guī)模化部署計劃。

液冷為何突然在數據中心領域熱起來？產業(yè)“冷”“熱”差別的原因何在？液冷技術在數據中心的應用離爆發(fā)還有多久？筆者試為你梳理解析這些問題，并給出個人判斷。

液冷非一日之寒  計算愈來愈熱

展開討論前，先明確液冷的定義：液冷是使用液體作為熱量傳輸的媒介，為發(fā)熱部件換熱帶走熱量，傳遞到遠處再進行冷卻，實現散熱的技術。 

相較于風冷以空氣為冷卻媒介，通過風扇和壓縮制冷，液體的比熱容遠高于空氣，單位體積熱容量是風冷的1000倍以上，熱量傳導效率更高。

液冷與風冷相關性能對比 

這一原理很早就被發(fā)現，并被最早應用于工業(yè)、航天領域的散熱，至今被使用的“冷板”一詞據說就來源于阿波羅登月計劃，將液冷用于宇航員體溫控制。

在數據中心領域，液冷始終與計算產生的熱量緊緊聯系在一起。

萌芽：

上世紀60~90年代，數據中心還被稱為“機房”，采用集成電路的大型主機進行高速數據處理時有過熱宕機的風險，以IBM為首的廠商研發(fā)了液冷系統應用在大型主機，并取得顯著效果，其中就包括著名的IBM360/91型計算機。

遇冷：

計算技術的迭代，使得液冷隨后“遇冷”。

上世紀末，隨著超大規(guī)模集成電路取代晶體管，在計算效率提升的同時，計算機和芯片產生的功耗、熱量斷崖式下跌，風冷的散熱效率足以滿足。在成本、安全顧慮、部署簡易性等因素影響下，風冷超越液冷成為數據中心的主流散熱技術。

興起：

高密度計算興起，液冷再受青睞。

后摩爾定律時代，芯片功耗與服務器功耗逐步上升，數據中心單機柜功率密度也不斷增大， 2020年數據中心平均機柜功率已增長至8.5KW，傳統風冷散熱在換熱性能及能耗上面臨瓶頸。業(yè)內普遍認為，傳統風冷已經無法滿足高密度計算的發(fā)展需求，正如中國信通院云大所所長何寶宏表示“再大的風也吹不冷滾燙的‘芯’了”。

因此，液冷于近年來再度進入數據中心視野，逐漸受到業(yè)界關注。

液冷數據中心：更好散熱 更低能耗

時移世易，面對當前計算技術與散熱需求，在數據中心應用液冷技術的優(yōu)勢正日漸顯現。

首先是散熱效率。據綠色網格研究，每機柜 15-25 kW的功率密度是“未使用背板換熱器等其他制冷設備”的風冷解決方案上限，而液冷系統可以支持的機柜功率是兩倍以上，甚至可以擴展到單機架超100kw。液冷可以支持數據中心高功率的散熱，提高換熱效率，且能減少服務器散熱熱點，有效抑制元件內部溫度的瞬間提升，延長芯片壽命。

傳統高耗能風冷數據中心各部分能耗占比

其次節(jié)能降耗。與傳統風冷技術相比，液冷系統耗電量方面約比風冷系統節(jié)省電量30\%-50\%。要知道，在傳統數據中心，制冷系統占數據中心整體能耗的40\%以上。數據中心使用液冷可有效降低能耗，提高能源利用效率，降低PUE值和電力成本。

第三，提高計算密度，減少風扇震動噪音。相較于傳統風冷，液冷數據中心去掉了空調系統和對應的風冷基礎設施，也不需要設置冷暖通道，節(jié)省了大量空間可以容納更多服務器，提高計算密度和可銷售空間。不同液冷方式可減少或避免風扇的使用，有效降低震動和機房噪音，而震動會直接影響IT系統的穩(wěn)定性和壽命。

綜合來看，數據中心液冷技術，既契合了計算的未來高功率趨勢，滿足服務器芯片散熱需求，又能實現數據中心節(jié)能降耗，正愈發(fā)受到數據中心產業(yè)的廣泛關注。

產品與技術創(chuàng)新不斷 上游設備廠商踴躍

近些年，很多企業(yè)展開液冷在數據中心應用的研發(fā)，形成了多種部署方式和產品。

部署最多、服務器不直接接觸液體，不需要對數據中心機房進行重新改造的冷板式液冷。

將發(fā)熱器件完全浸沒在冷卻液中，散熱效率更高，實施難度更大需要對機房其他系統改造的浸沒式液冷。

別具一格，將冷卻液直接噴淋到發(fā)熱器件表面進行熱交換的噴淋式液冷。

不同液冷方式、代表產品及廠商，筆者一年前曾撰文《泡澡、淋浴、冷氣片——數據中心液冷模式與應用一覽》。

阿里云在IDCC大會現場展示的浸沒式液冷模塊

時隔一年，液冷在數據中心的熱度更盛，各大設備廠商紛紛發(fā)力，有的首度推出液冷產品，有的將液冷上升為發(fā)展戰(zhàn)略，上游產品、解決方案頻出，各有側重：

去年12月的“第十六屆中國IDC產業(yè)年度大典”上，專注浸沒式液冷進行多年自主研發(fā)的阿里云正式向業(yè)界發(fā)布行業(yè)首款單相浸沒液冷解決方案——磐久液冷一體機系列Immersion DC 1000。據阿里云數據，該解決方案可在全球任何氣象區(qū)域部署并可輕松實現極致PUE1.09。

2022年初，浪潮信息將“All in液冷”寫入公司戰(zhàn)略，全棧布局液冷，實現了全產品線支持冷板式液冷。浪潮信息表示，可以實現液冷從核心部件到整體解決方案全覆蓋，提供液冷數據中心從規(guī)劃咨詢到設計施工的全生命周期交付。

2022年初，寧暢推出了新系列液冷服務器，該系列包含高密度、通用機架等多品類產品，可適用于眾多IT應用場景。隨后在液冷服務器基礎上，推出全系統定制液冷方案，實現從需求梳理、架構設計、機房部署到運維服務的全系統定制。

2022年4月，新華三發(fā)布新一代冷板式液冷系統解決方案。該液冷系統由H3C UniServer R4900LC G5 液冷服務器、42U通用機柜、分布式CDU等部件組成，通過了中國計量科學研究中心的能源計量認證，夏季模式PUE可達1.047，整機全年平均PUE1.042。

今年下半年，科華數據陸續(xù)發(fā)布多款數據中心液冷產品：科華數能S3液冷儲能系統、針對邊緣計算中心和中小型中心節(jié)能改造的抽屜式水-風液冷CDU、板式液冷微模塊數據中心。該微模塊數據中心冷循環(huán)系統采用機柜式CDU-300KW，散熱量可達300KW。

……

可以看出，過去一年中，數據中心液冷產品更加豐富，技術進一步加強，商業(yè)化進程加速。

顧慮幾重 數據中心觀望

如果只是一篇普通文章，寫到這里，得出“數據中心液冷形勢一片大好”的結論就足夠了。

然而，筆者梳理過近兩年來數據中心液冷領域的動作后發(fā)現，大部分來自產業(yè)上游的設備廠商，服務器、CDU（數據中心液冷分配裝置）、TANK（機柜液冷柜）、CPU/GPU、冷卻液、整體解決方案，尤以服務器廠商為甚。產業(yè)下游，也僅有以阿里云為首的幾家云廠商，基于自身業(yè)務需求和技術先進性等因素，進行液冷研發(fā)與部署。

這其中，少了最不可或缺的產業(yè)中游——數據中心企業(yè)的身影。

據筆者了解，相較于上游廠商的踴躍態(tài)勢，僅個別企業(yè)按客戶需求提供了機房改造部署，大部分數據中心對液冷仍持觀望態(tài)度：認可液冷的散熱與節(jié)能優(yōu)勢，會主動了解液冷產品、技術細節(jié)，在內部做學習或小型探索，但無公開的大規(guī)模液冷部署行動和計劃。

筆者收集了數據中心對液冷技術的諸多顧慮：

可靠性。數據中心第一要務是保障業(yè)務連續(xù)性，浸沒和噴淋式會直接接觸電子器件，是否會出現器件腐蝕情況，包括冷板式在內，冷卻液泄露怎么辦，服務器功能和使用壽命是否會受影響，液冷技術的可靠性是數據中心、用戶的最大擔憂。

部署難度。液冷不僅僅改變制冷系統，數據中心的服務器、網絡設備、監(jiān)控系統等都要隨之改變，新建數據中心從設計到建設、調試運維都與此前不同，此前項目經驗等無法復用，周期長難度大。存量數據中心的承重、管路等設計因循傳統機架，如果進行液冷部署改造，同樣會帶來新增成本、部署難度問題。

運維與售后。無論冷板、浸沒還是噴淋，液體進入到IT機柜內部，給建設、測試和運維帶來新的挑戰(zhàn)，目前缺乏成熟的運維經驗和標準化要求。此外，有數據中心提出，液冷的服務器等產品售后維修政策也尚不成熟。成本。雖然液冷能耗低所以數據中心OpEx降低，但前期CapEx明顯高于風冷數據中心。哪怕忽視液冷服務器、CDU等設備的價格，單冷卻液價格也并非小數目，阿里云就曾對外表示“使用的冷卻液價格堪比茅臺”。除去上述疑慮，數據中心對液冷“謹慎”的最根本原因，在于液冷的市場接受度——數據中心的互聯網、電商、視頻、金融等用戶大多尚不接受液冷。液冷主流成必然爆發(fā)尚欠一陣風。

提高新技術的接受度是一個漫長的過程，如今政策為液冷按下了快進鍵。由于用電量大，社會普遍將數據中心定義為高耗能產業(yè)，隨著“2030年碳達峰、2060年碳中和” 戰(zhàn)略目標提出，數據中心面臨的能耗限制愈來愈嚴。2021年7月，工信部印發(fā)的《新型數據中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》要求：“到2023年底，新建大型及以上數據中心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?！?021年12月，發(fā)改委等四部門發(fā)布的《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和 5G 等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》表示“新建大型、超大型數據中心電能利用效率不高于 1.3，逐步對電能利用效率超過 1.5 的數據中心進行節(jié)能降碳改造?！?span style="background-image: initial; background-position: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">中央及各級主管部門政策對數據中心PUE考核提出更嚴要求，各地能評指標持續(xù)收緊，數據中心面臨前所未有的能耗和散熱挑戰(zhàn)。多位數據中心企業(yè)高管向筆者表示，上述政策的出臺，使得“液冷成為必然”，嚴格政策限制下“數據中心要想合規(guī)，PUE值再繼續(xù)往下降，只能靠液冷了。”過去一年以來，雙碳政策助推下，液冷技術的研發(fā)投入加大、產品和技術成熟度不斷提高，液冷在數據中心的發(fā)展前景毋庸置疑。但要想實現液冷在數據中心的爆發(fā)，不僅僅欠缺全產業(yè)的共同努力，欠缺更多行業(yè)標準的制定與完善，還差一場風，一場擁有最強驅動力的風——市場需求。從萌芽到如今再度興起，液冷的發(fā)展始終源于計算的散熱。如今政策、技術條件都已經具備，當下一波海量數據計算爆發(fā)式增長，帶動市場對數據中心的需求爆發(fā)時，液冷才將真正迎來在數據中心的爆發(fā)。這個時間或許是兩年后、四年后，又或許，很快來臨。

| 文章來源：中國IDC圈

【專欄】IDC市場研究報告

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 原文轉載自廠商踴躍、數據中心觀望 液冷距離爆發(fā)還差一場風 (qq.com)

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