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驅動液冷技術落地英特爾攜生態伙伴賦能數據中心綠色可持續發展

2023-02-21 16:57:35 來源：壹點網

來源：IDC圈

縱觀人類歷史，每次技術革新都伴隨著生產要素和生產力的跨越式發展。如今，隨著全球算力日益增長，數據中心單位空間中產生的熱量正在不斷增加、功率密度持續增大。賽迪顧問預測，快速增長的數據中心算力將推動高功率單機柜快速普及，預計到2025年全球數據中心平均功率達到25kW。“雙碳”背景下，數據中心“降耗增效”的綠色發展需求迫切，液冷作為一種具備更強散熱能力的制冷技術，正在受到市場持續關注。

算力競速開啟冷板式液冷應用廣泛

近年來，隨著英特爾、華為、浪潮、聯想、阿里等企業在液冷領域不斷探索，正加速推動液冷數據中心基礎設施商業化的進程。科智咨詢預計，到2025年，中國液冷數據中心應用市場規模將從2019年的114.7億元達到849.5億元。

2019-2025年中國液冷數據中心應用市場規模（單位：億元）

數據來源：科智咨詢

注：液冷數據中心應用市場規模包含配套機電設備，液冷解決方案以及液冷服務器等。

目前，常見的數據中心液冷方式主要包括冷板式、噴淋式和浸沒式三種。其中，冷板式液冷主要應用于一般高密度的數據中心領域，該技術發展較早，是目前成熟度最高、應用最廣泛的液冷散熱方案，對促進當前數據中心的綠色發展、降低PUE有不可或缺的重要作用。

但在應用階段，對于用戶來說，始終存在兩大疑慮：一個是成本相較風冷仍然較高，一個是存在漏液風險問題。英特爾攜手生態伙伴緊密合作、聯合創新，于2022年發布了《英特爾高效能數據中心白皮書》《綠色數據中心創新實踐——冷板液冷系統設計參考》（下稱《冷板液冷系統設計參考》）兩份白皮書，將冷板式液冷技術發揮到極致、同時解決這兩大棘手難題。

英特爾高效能數據中心白皮書：

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/now/data-centric/high-performance-dc-green-dual-carbon-strategy.html

綠色數據中心創新實踐 —— 冷板液冷系統設計參考

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/now/data-centric/liquid-cooling-cold-plates-design-reference.html

用科技全方位守護一站式消除用戶疑慮

近年來，圍繞降低PUE這一關鍵指標，整個ICT產業都在積極采用創新技術和模式。英特爾也不例外，在芯片、服務器和數據中心產品等領域，不斷進行創新技術迭代。依托數十年在數據中心領域的創新和領導地位，英特爾提供了可持續性的數據中心處理器技術，全新的可拓展處理器可以通過內置加速器更高效地實現領先性能，從而實現平臺級的功率節省。同時，基于英特爾及其生態伙伴多年的積累與實踐，推出了“四橫三縱”矩陣型綠色數據中心技術框架（“綠菜單”），提供了一系列整體解決方案和參考設計，將散熱技術置于關鍵地位，旨在有效實現數據中心的“降耗增效”，將PUE維持在1.25以內。

科技賦能，系統性解決冷板式液冷兩大棘手難題

1、全方位、立體化解決方案，應對高成本

1）簡易設計，滿足冷卻需求還能降低成本

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冷卻的非接觸液體冷卻技術。在常規設計中，為了提高冷卻性能，需要盡可能多地增加冷板內部微通道與液體的接觸面積，因此在冷板設計結構上，往往也會比較復雜。但問題也隨之而來，設計越復雜，成本就越高。面對這一難題，英特爾聯合眾多生態伙伴發布的《冷板液冷系統設計參考》給出了一份綠色高效的解決方案，在“液冷部件的設計考量”方面，冷板的設計主要通過帶有簡易內部流體通道的模塊結構來提高冷卻性能、降低成本。

2）模塊化生產，提高生產效率

數據中心“模塊化”建設方式，可以為數據中心建設層面實現碳中和提供強有力支持。與傳統數據中心模式相比，通過模塊化設計的冷板式液冷解決方案，搭配專業冷媒，覆蓋CPU、內存等主要部件，能夠顯著降低成本。英特爾通過積極行動和創新技術，與生態伙伴開放合作，驅動全棧聯動節能，系統化減少碳足跡。

在合作伙伴比赫的《數據中心液冷整體解決方案》中，應對數據中心廣泛的液冷需求，采用模塊化+標準化生產一站式解決方案，實現數據中心冷板式液冷項目快速集成落地。作為唯一通過INTEL認證的冷板液冷方案集成商（截止2022年底），比赫在項目落地過程中，實行各個模塊獨立設計、廠內預制、獨立包裝、現場去工程化安裝。整個模塊化操作方案分為外冷設備及管道模塊、一次側CDU及管網模塊、二次側CDU及管網模塊、集群環網模塊四個模塊組成部分，四個模塊全部獨立包裝和安裝。

3）標準化提升質量、規模化降低成本、差異化合作共贏

《冷板液冷系統設計參考》白皮書提出，標準化是推進液冷數據中心發展的關鍵。通過標準化可以有效地降低液冷應用的技術門檻和成本門檻，從而實現產業化、規模化。

目前，英特爾正在與液冷零部件廠商、OXM廠商以及大批終端用戶一起來推動冷板式液冷各個部件的標準化工作。通過零部件設計質量要求和驗證方法的制定，將整個行業的質量標準從及格提升到優質。然后從優質提升到優秀這個階段，英特爾倡導生態伙伴創新共贏，通過差異化的方式吸引更多上下游客戶進入液冷行業，持續降低整個行業平均成本，最終讓用戶享受到更加實惠的價格。以鏟齒產品為例，在實現規模化以前，整個生產流程會經歷很多步驟消耗大量工時，非常繁瑣。規模化以后，直接用壓鑄沖壓機就可以節省掉很多工時和流程，降低工藝成本，從而間接降低用戶成本。

2、穩健泄漏預防策略，科技化解漏液風險問題

對冷板式液冷技術來說，成本與漏液這兩個問題本身也存在內部邏輯聯系：真正解決漏液風險才是實現降低成本的根本所在。簡單說，泄漏風險越低，用戶就越放心，用得人就越多，規模效應就越大，成本就越低。

1）通過全新的技術設計和制造工藝降低泄漏風險

冷板式液冷系統主要包括水冷板（water cold plate）、管道（tube）、快換接頭（quick disconnect coupling）、分液器（Manifold）、冷卻液分配單元（CDU）與室外冷卻設備等組件，任何一個組件和安裝環節處理不好，都有出現漏液風險的可能性。

對于冷板式液冷來說，發生泄漏可能性最多的地方就是各個接口位置，比赫采用改進的接口設計工藝，最大程度降低了運行過程中的接口泄漏概率。為了降低人工操作失誤帶來泄漏風險，產品采用防呆設計，并通過扣壓機實現自動化安裝。同時還制造了包括依據Intel UQD規范設計的快換接頭，實現單次插拔泄漏量小于1/6 液滴(連續插拔6次，允許一滴滴落)或小于0.5毫升，這種快換接頭支持數據中心液冷系統工作過程中帶液插拔，大幅提高了維護效率。

2）全方位漏液感知與干預系統守護安全

為了最大限度降低漏液帶來的風險，英特爾和生態伙伴比赫采用了一套對用戶來說體驗可謂極致的漏液感知與干預系統，可以第一時間確定泄漏的發生位置，并通過服務器自我保護設計實現自動保護和報警。

通過漏液傳感器LEAK SENSORS，包括漏液檢測繩LEAK SENSORS ROPE在內的檢測設備，直接檢測漏液，在第一時間發送警報，并將漏液信息，包括時間、位置等提交給系統管理員。

考慮到工作人員響應時間周期內，依然存在漏液造成損失的風險問題，《冷板液冷系統設計參考》白皮書還提出了更進一步的自動干預方式，包括自動電氣和流體干預，也就是當檢測到泄漏通知時，IT設備自動斷電，同時冷卻液自動停止工作。這可以更大限度地避免大量硬件設施暴露接觸到泄漏液體中，從而方便維修，進一步降低損失。

以人為本，用戶至上，極致體驗

1、低毒防腐的冷卻工質

本著以人為本的原則，踐行用戶至上，充分考慮到冷卻工質對人、自然環境和服務器帶來的污染和腐蝕問題，《冷板液冷系統設計參考》主要推薦了純水液（水基冷卻工質）以及毒性較低的丙二醇（防凍液）等作為冷卻工質。為了彌補冷卻工質品質和系統腐蝕可能帶來的風險，防止因顆粒物、碎屑和細菌污染而引起的操作可靠性問題，同時考慮到維護的便利性，還采取了計劃周期性的維護和計劃外的突發維護干預，使用冗余設計來保障液冷系統實現在線維護。

2、防高壓噴濺設計

在冷板式液冷系統中，冷卻工質在流動過程中如果壓力過大，也會增加漏液風險，而且會對工作人員和設備造成潛在風險。根據《冷板液冷系統設計參考》，液冷系統及其部件需要符合當地安全規范，依據國際電工委員會（IEC）針對IT設備的安全標準（IEC60950-1和IEC62368-1）進行設計。為了防止出現高壓噴濺風險，還要求服務器的進液口位置配置專門的防水錘閥門，全方位保障用戶安全。

面向未來，聚力綠色可持續發展

“書同文，車同軌，行同倫”。作為國際領先的科技公司，節能、減碳、綠色、可持續化一直是英特爾公司的一個重要戰略目標。面向未來，英特爾和他的生態伙伴們正攜手深化合作創新，不斷深入探討液冷技術，推進IT設備、算力設施，尤其是作為數字經濟底座的數據中心進一步降耗增效，釋放整個產業生態和科技生態之力，助力中國為全球可持續發展做出更大貢獻。

春夏秋冬，周而復始。在數據中心內部，持續發熱的電子元器件需要24小時不間斷冷卻。而每一滴冷卻液的靜靜流淌，都離不開科技與人性的倍加呵護。

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