“PUE能到多少？還能降低嗎？”
每一遇到有數(shù)據(jù)中心（IDC）項(xiàng)目申報(bào)，來(lái)自東部沿海某城市的招商局人士張輝（化名）都會(huì)把這個(gè)問(wèn)題拋給對(duì)方。得到的反饋數(shù)字也各不相同，遇到低得多的，張輝會(huì)問(wèn)：“你們是用什么技術(shù)手段做到這么‘綠’的？”
上述“PUE之問(wèn)”，堪稱IDC領(lǐng)域的“時(shí)代之問(wèn)”。
圖源：中科曙光
為了降低PUE，拼了
PUE是數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗的比值，數(shù)值越接近1代表其用能效率越高。2021年7月，工信部發(fā)布《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》，指出在能效水平方面，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)力爭(zhēng)降低到1.25以下。
地方政府每年都會(huì)拿到并分配該省能耗總量和強(qiáng)度的指標(biāo)。數(shù)據(jù)中心全年晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，決定了它們“能耗巨獸”的本色。而作為能耗大戶，地方發(fā)展改革委要憑能耗指標(biāo)來(lái)決定是否建設(shè)。因此，數(shù)據(jù)中心的PUE既是政府和監(jiān)管部門(mén)管理的抓手，也是IDC 各建設(shè)者爭(zhēng)相“內(nèi)卷”的重點(diǎn)。
為了降低PUE，技術(shù)提供商都很拼，“卷”得花樣百出。
在位于北極圈附近的瑞典北部，坐落著一個(gè)數(shù)據(jù)中心，這里冬天平均氣溫差不多零下20度。這座數(shù)據(jù)中心建在此地最重要的原因就是，為了給機(jī)房散熱。
在貴州貴安新區(qū)兩座山的山體中，“藏”著一處能夠容下30萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心。這座數(shù)據(jù)中心把機(jī)房安裝在這里，也是為了降低機(jī)房的PUE值。據(jù)稱，這里的PUE極限測(cè)試值可達(dá)1.1左右。
在英國(guó)蘇格蘭奧克尼群島附近的海底，也架設(shè)著一座數(shù)據(jù)中心，這是首個(gè)在海底運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心。這項(xiàng)海底數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，被一些人比作數(shù)據(jù)中心的“登月計(jì)劃”。
北極圈、海底、山洞、湖底……在這些地方，的確可以大大提高數(shù)據(jù)中心的散熱效率、降低PUE，然而它們的優(yōu)點(diǎn)似乎也只剩這點(diǎn)了。
比如，在這些地方，數(shù)據(jù)中心的維護(hù)成本高昂，一旦出現(xiàn)問(wèn)題難以及時(shí)運(yùn)維。
“數(shù)據(jù)中心建設(shè)有個(gè)基本要求，那就是普適性。舉個(gè)例子，數(shù)據(jù)中心不管是在漠河還是在海南島建設(shè)，應(yīng)該是一樣的。”4月26日，中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)呂天文在“2022數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)研討會(huì)”上認(rèn)為，液冷技術(shù)是解決目前數(shù)據(jù)中心“PUE之問(wèn)”最佳的技術(shù)手段。
液冷技術(shù)有何神通？它能終結(jié)“PUE之問(wèn)”嗎？
中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng) 呂天文
數(shù)據(jù)中心步入“液冷時(shí)代”
“液冷”并非新事物。呂天文介紹稱，早在20世紀(jì)八九十年代，這項(xiàng)技術(shù)就被嘗試用于通信設(shè)備的基站上；此后，在消費(fèi)端的游戲主機(jī)上，有一些玩家手動(dòng)DIY過(guò)一些“液冷主機(jī)”，主要也是幫助散熱。他說(shuō)，有些極客會(huì)在液冷主機(jī)上放一些五顏六色的燈帶，“還挺好看的”。
但液冷技術(shù)的系統(tǒng)發(fā)展與規(guī)模應(yīng)用，是在2010年之后。
云計(jì)算服務(wù)形態(tài)的突飛猛進(jìn)，催生了數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模部署。加之建設(shè)方對(duì)數(shù)據(jù)中心技術(shù)的追求、用戶對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心的追捧，液冷技術(shù)發(fā)展十分迅速。
相比此前數(shù)據(jù)中心主流的風(fēng)冷（空調(diào)散熱）手段，液冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可太多了。
首先，呂天文介紹說(shuō)，液冷技術(shù)散熱效率是風(fēng)冷的不是數(shù)十倍、數(shù)百倍，而是數(shù)千倍。“為科學(xué)起見(jiàn)，我們定義是風(fēng)冷的1000~3000倍不等，這其中差異是由不同冷卻液等引起的。”
其次，液冷技術(shù)的精確制冷效果更好。由于冷卻液直接作用于高耗能部件，它所發(fā)揮的作用事半功倍。“如果僅看制冷這部分的PUE值，電能利用效率可以低至1.0到1.02。”呂天文說(shuō)。
此外，液冷技術(shù)還能帶給數(shù)據(jù)中心一個(gè)“意外驚喜”：低噪音。
“空調(diào)制冷系統(tǒng)有大量外機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)噪音很大，很容易遭到投訴。”呂天文說(shuō)，相比之下，液冷型數(shù)據(jù)中心內(nèi)外部噪音都很小。
擁有這些優(yōu)點(diǎn)的液冷技術(shù)，在市場(chǎng)上“吃得很開(kāi)”。
液冷技術(shù)分為直接式和間接式兩種。曙光數(shù)創(chuàng)副總裁姚勇介紹說(shuō)，目前市場(chǎng)上間接式和直接式液冷技術(shù)均有部署，間接液冷如冷板式液冷服務(wù)器，可以在成本微增的情況下實(shí)現(xiàn)效率大幅提高；噴淋式、浸沒(méi)式的直接液冷方案雖然初期投入較高，但從全生命周期和更高計(jì)算密度的角度來(lái)看，效果更好。
中科曙光，是目前正以液冷技術(shù)開(kāi)展數(shù)據(jù)中心綠色實(shí)踐的先行者之一。
我國(guó)當(dāng)前正倡導(dǎo)綠色低碳的生產(chǎn)生活方式，中國(guó)力爭(zhēng)于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。在此背景下，“東數(shù)西算”國(guó)家工程也應(yīng)運(yùn)而生。在東數(shù)西算工程實(shí)施進(jìn)程中，“綠色化”是其中一大顯著特點(diǎn)。
“政策的驅(qū)動(dòng)、技術(shù)的成熟、市場(chǎng)的規(guī)模應(yīng)用，標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心的液冷時(shí)代正式到來(lái)。”呂天文說(shuō)。
圖源：中科曙光
“中國(guó)液冷”位居第一梯隊(duì)
一個(gè)時(shí)代的到來(lái)，有其顯著的趨勢(shì)和特點(diǎn)，“液冷時(shí)代”也不例外。
首先，液冷技術(shù)給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)更高的計(jì)算密度。
“一般來(lái)說(shuō)計(jì)算密度是按照機(jī)柜功率來(lái)衡量的。”呂天文說(shuō)，近年來(lái)單機(jī)柜功率達(dá)到8千瓦甚至一些高端計(jì)算達(dá)到20、30千瓦，但曙光提供的數(shù)據(jù)顯示，液冷技術(shù)加持的服務(wù)器單機(jī)柜密度已經(jīng)超過(guò)100千瓦，這無(wú)疑將為數(shù)據(jù)中心未來(lái)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。
他解釋稱，單機(jī)柜密度越大，占地面積越小，設(shè)備管理成本越低，如此一來(lái)，原來(lái)液冷型數(shù)據(jù)中心的高成本劣勢(shì)也會(huì)逐漸消弭。
其次，液冷技術(shù)與多種節(jié)能技術(shù)的融合，可以把數(shù)據(jù)中心變成一個(gè)“能源站”。呂天文介紹，相較于風(fēng)冷型，液冷數(shù)據(jù)中心的熱量抓取非常簡(jiǎn)單且損失很少，這樣利用熱回收技術(shù)，可以將余熱利用發(fā)揮到很高水平。他認(rèn)為，經(jīng)過(guò)10~15 年的發(fā)展，“數(shù)據(jù)中心就是能源站”。
“數(shù)據(jù)中心步入到液冷時(shí)代的第三個(gè)特點(diǎn)，就是可以支撐更多行業(yè)的大規(guī)模計(jì)算的發(fā)展。”呂天文認(rèn)為，可無(wú)差別建設(shè)的液冷數(shù)據(jù)中心，可以為科學(xué)實(shí)驗(yàn)、金融計(jì)算、生物信息、人工智能、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用提供涓涓不斷的算力，“這是IDC下一步需要走的”。
值得欣慰的是，呂天文認(rèn)為，液冷時(shí)代，中國(guó)并沒(méi)有落在后面。
“客觀地講，我國(guó)在液冷技術(shù)方面已經(jīng)走在世界前列。”呂天文說(shuō)，通過(guò)他與歐美的同行的溝通交流，他認(rèn)為中國(guó)的液冷系統(tǒng)、液冷制冷技術(shù)已經(jīng)超過(guò)了許多國(guó)家，“位于第一梯隊(duì)”。
市場(chǎng)是最好的試金石。以曙光為例，姚勇介紹稱，曙光2011年就開(kāi)始投入液冷技術(shù)的研發(fā)，迄今已經(jīng)有11年的技術(shù)積累和沉淀。
2015年，曙光第一批商用的冷板式液冷設(shè)備下線。“我們擁有時(shí)間最長(zhǎng)的應(yīng)用案例。姚勇說(shuō)，從2015年至今，他們已經(jīng)有客戶做液冷服務(wù)器的第二代的更迭。2018年曙光第一套商用化的浸沒(méi)液冷的設(shè)備開(kāi)始部署。
作為新一代數(shù)字基建的關(guān)鍵核心技術(shù)，曙光浸沒(méi)式相變液冷技術(shù)還曾在2022年第2期《求是》雜志《大力推動(dòng)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展》文章中得到推薦展示。
圖源：中科曙光
隨著時(shí)間的發(fā)展，曙光液冷目前具備了技術(shù)先進(jìn)、部署最多、應(yīng)用最久、產(chǎn)品成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富等特點(diǎn)。姚勇說(shuō)，無(wú)論是新數(shù)據(jù)中心建設(shè)，還是舊中心改造，曙光的用戶從政府機(jī)構(gòu)到醫(yī)療金融，數(shù)據(jù)中心形狀各式各樣，但核心都是一個(gè)：使用液冷技術(shù)——“用冷板式液冷、浸沒(méi)相變液冷等技術(shù)，作為數(shù)據(jù)中心制冷的首選。”
標(biāo)簽： 液冷技術(shù) 數(shù)據(jù)中心
