OCP China Day2023观察：液冷成为必然 助力绿色计算发展
CXL高速交换技术、SONiC开放网络、54V直流供电、钛金电源、液冷……日前举办的2023年开放计算中国社区技术峰会（OCP China Day 2023）上，一批热门数据中心技术集中展示，为开放数据中心的场景创新赋予更多可能。
自2019年以来，OCP China Day已经成为一年一度业界领袖探讨开放计算技术和创新的年度盛会。以"OpenMomentum：智能化、可拓展、可持续"为主题的本届峰会上，液冷成为数据中心基础设施创新与可持续发展的关注热点，多位OCP社区领袖、技术大咖、行业专家，以及IT工程师和数据中心从业者在绿色计算发展论坛进行了探讨。
笔者通过本次峰会看到，随着AIGC需求与能耗政策的双重驱动，液冷成为绿色计算的最重要也是必然手段，其技术演进、应用实践、产业生态、开放标准等方面正日益发展完善。
更高效率更少能耗 液冷成绿色计算的必然
液冷即使用液体作为热量传输媒介，带走发热部件热量进行冷却的散热技术。由于液体的比热容远高于空气，热传导效率更高，液冷在散热效率方面远高于风冷。
近年来，数据规模持续增长，芯片功耗与服务器功率逐步上升，数据中心功率密度和机架功率也在不断提升。有研究机构发布数据显示，当前全球5-9kW/rack的机架占比较多，功率超过10kW/rack的机架占比达到近30%*。今年以来ChatGPT引发 AIGC发展热潮，芯片功耗日益增加，未来两年预测可突破500/700w，随着AI技术、智算等迅猛发展，单机功率将高达50kW以上。（*：中国信通院《数据中心白皮书（2022）》）
传统风冷散热在换热性能上面临瓶颈的同时，其制冷系统的能源消耗在数据中心能耗中占比近半，导致数据中心能耗总量和PUE值过高，难以满足发改委及工信部政策中对新建数据中心PUE值1.3的限制。
业内普遍认为，风冷已经无法满足当前高功率计算的散热需求和绿色要求，正如中国信通院云计算与大数据所所长何宝宏所说“再大的风也吹不冷滚烫的‘芯’了”。
采用液冷技术是应对数据中心散热挑战的有效方式，多位IDC高管向笔者表示，严格的数据中心能耗政策要求下，“液冷成为必然”。
相较于风冷，液冷的散热效率更高，能减少服务器散热热点，抑制元件内部温度的瞬间提升，同等散热能力下能源消耗量则更低，有效帮助数据中心节能降耗，控制PUE。
浪潮信息液冷数据中心产品营销总监朱亮在演讲中以一组数字展示液冷的高效：根据相关计算，实现1000kw散热能力，当完全用传统风冷空调需要消耗约500kW电能，这些电能大部分被冷水机组和末端精密空调所消耗；当数据中心采用混合冷却，风冷空调+液冷系统需要消耗约100kW电能；数据中心完全采用液冷散热，则只需要消耗约30kw电能。他指出：“液冷比风冷节能达90%以上，数据中心液冷占比越高，节能收益越明显。”
凭借对产业和市场发展的前瞻性，浪潮信息早在2017年就推出了冷板式液冷服务器，在液冷尚未被AIGC带动“爆火”前的2022年初，又将“All in液冷”纳入公司发展战略，全栈布局液冷，实现通用服务器、高密度服务器、整机柜服务器、AI服务器四大系列全线产品均支持冷板式液冷。
浪潮信息全栈液冷解决方案
到目前，浪潮信息已经可以实现液冷从核心部件、服务器到整体解决方案全覆盖，并且提供液冷数据中心从规划咨询到设计施工的全生命周期端到端交付。
高效安全 液冷这样做
今年，政策和需求带动下，近60家数据中心拟建/开工/在建/交付，液冷技术迎来爆发，开工、投用的液冷数据中心项目显著增加。
液冷实施效果如何，是否能实现预期的散热和节能减排目标？像京东一样走在行业前列的大规模液冷数据中心实践案例是最有说服力的证明。
京东云架构师王贵林介绍，京东在全球拥有超过70座数据中心，运营机柜规模超10万，为降低PUE，获取最低TCO，实现碳中和目标，采取了一系列数据中心绿色节能技术，其中就包括自研冷板式液冷服务器。
“第一代冷板式液冷服务器在京东数据中心运行两年，整个液冷系统前期建设成本增加2%——这部分成本在15个月实现了整体成本回收，全生命周期服务器TCO降低5%，助力京东自建数据中心PUE值降低至1.1，单机柜碳排放减少百余吨。”
他透露，京东冷板式液冷服务器已经迭代到第二代，经过一系列设计优化，二代成本较第一代降低15%，散热效率相较于传统风冷提升50%，碳排放总量降低30%。
除实施效果外，安全性是数据中心及行业用户对液冷的很大疑虑。以目前应用较广的冷板式液冷为例，“冷却液泄露怎么办？服务器功能和使用寿命是否会受影响？”谈液冷时常听到这样的问题。
朱亮介绍了冷板式液冷防止冷却液泄露进入服务器内部的技术路线，以及保障液体不漏、少漏的一系列措施：
首先，关注整体液体循环系统的各个细节，如冷板的焊接技术、管道的接管技术、接头的性能、CDU监控能力等，防止液体从系统中泄露；
其次，一旦液体流出管路发生泄露时，自带的三级甚至四级防漏液检测系统马上告警，保证第一时间检测到以便客户采取措施，如联动服务器的监控设备进行服务器关停，以及运维检修等工作；
此外，二次侧的环路一旦发现漏液，可以采用漏液检测绳和动环系统进行联控，第一时间让客户知道，可避免单点故障引发整体系统停工的情况发生。
史陶比尔快速接头产品技术负责人李鹏以快速连接器为例，展示了液冷产品在提升安全性上对细节的关注度。
他介绍，快速连接器是液冷中连接冷板和分液器之间的关键组件，能够实现快速连接和断开回路的功能，在液冷系统全生命周期，如测试阶段、组装运维阶段以及未来升级末期发挥着不可或缺的作用。也正因如此，连接器的安全可靠对整个液冷系统至关重要, 其失效引发的泄露可能会导致整个服务器机架失效。为服务器和高性能计算机做液冷设计选择快速连接器时，至少考虑五个主要因素：一是坚固的结构和设计，二是“干式端开”的能力，三是金属材质兼容性，四是密封圈兼容性，五是操作简便性，以确保其安全可靠，如此才能保障液冷系统长效运行。
不积跬步，无以至千里。不积小流，无以成江海。对快速连接器等无数细节的注重，以及诸多安全监测手段，筑成了液冷产品的安全堤坝，为客户的计算安全保驾护航。
面向未来 全面液冷
AIGC热潮席卷，国内外通用大模型与产业大模型产品纷纷落地，计算、网络、存储等基础架构都在面临新需求，走向新方向。
应需而变，液冷技术呈现三大发展趋势：1）IT设备更“液冷”，提高冷板覆盖部件规模，实现全液冷；2）基础设施更“液冷”，风冷辅助冷却转为液冷辅助冷却，数据中心液冷占比提高，PUE值更低，去空调化；3）冷板更高效，高换热能力液冷技术需求，中高温水条件下支持高功耗芯片。
针对液冷未来方向，以浪潮信息为代表的液冷厂商正进行持续创新研发。朱亮表示，为了实现基础设施更“液冷”，解决冷板式液冷需要空调补偿的问题，浪潮信息研发了全液冷机柜产品，在数据中心和机柜层面可以不采用精密空调，而是以全自然的液冷背板门的方式替代。
“这种背板门是通过引入高温水进来的方式，将服务器其他热量由风冷方式带走，相对传统的风冷机房能耗降低60%以上。”
他指出全液冷机柜产品具有四方面优势：在算力密度方面，冷板可以支持1000W的芯片散热，单柜支持100kW的散热能力，相比传统的数据中心提高10倍以上，空间利用率达到5~10倍；在换热性方面，液冷背板门比空调更加贴近于热源，一个背板门的换热能力达到20千瓦，能耗小于两千瓦，所以COP值可以达到10以上，实现了高效换热；在安全系数方面，整个背板门依托于先进的管路焊接技术，承压可以达到6兆帕，包括内部的节点器件机柜有三重漏液检测系统；标准规范方面，全液冷机柜符合OCP开放标准，适配全系列的液冷服务器接口，现场水电即插即用。
当前，全球能源短缺与碳排放问题日益严峻，随着芯片技术和AIGC的不断进步，液冷将逐渐成为数据中心散热的首选，也是实现绿色计算和可持续发展的必然。
独行快，众行远。液冷的应用普及，绿色计算的实现，不仅需要更多企业像浪潮信息、史陶比尔、京东一样投入液冷产品与解决方案的创新，也需要推出更多行业技术标准，助力液冷产品快速发展和液冷技术的大规模普及。
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