随着云、大数据及AI等数字产业的快速发展,我国数字产业对于算力的需求激增。高水平的数据中心,正成为我国算力产业发展的重要基础设施。为更好地解决数据中心的散热需求,中国石化润滑油有限公司研发了间接式液冷二代产品,可以降低数据中心的PUE值,提供更佳的能源效率。目前,该技术已获得华为、超聚变等国内多家液冷服务器制造商的技术认可,并在全国超20个中国移动、中国电信、中国联通和华为云的数据中心项目实现装填。
数据算力需求日益增长
2020年,中国率先提出数据是第五大生产要素,将数据要素上升到经济发展的基础要素高度,进而推动全社会跨越式发展。2022年,《中共中央、国务院关于构建数据基础制度更好发挥数据要素作用的意见》(“数据二十条”)发布,奠定了数据要素市场基础制度体系的“四梁八柱”,明确了数据的三权分置,极大地推动了数据处理市场的发展与需求。2023年,工业和信息化部等六部门联合印发了《算力基础设施高质量发展行动计划》,明确将稳步提升算力综合供给能力。
从2023中国算力大会上获悉:中国在用数据中心机架总规模超过760万标准机架,算力总规模达到每秒1.97万亿亿次浮点运算(197EFLOPS),位居全球第二,服务器、计算机、智能手机等计算类产品产量全球第一。据预测,我国2026年智能算力规模将达1300EFLOPS(每秒100亿亿次浮点运算),较2023年增加3倍以上。
2024年,财政部提出数据资产入表,意味着数据资产化,因此2024年可以说是数据资产元年。数据要素市场建设正在不断地理论探索和产业实践之中稳步推进。
2022年,“东数西算”工程启动,旨在通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系,将东部算力需求有序引导到西部,优化数据中心建设布局,促进东西部协同联动。在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地建设国家算力枢纽节点,并规划了10个国家数据中心集群,以实现全国一体化大数据中心体系的总体布局设计。
“东数西算”的核心是数据与算力,通过将东部地区数据传输到西部,充分发挥西部丰富的可再生能源和土地资源优势,在缓解东部能源紧张和计算成本高等问题的同时,促进西部数据中心建设及数字经济高质量发展,实现算力资源的跨越调配及优化配置。
更具潜力的液冷数据中心
为满足各类数据的大规模处理,数据中心需要提供巨大的算力,密集的CPU、内存等IT发热器件的散热就成为亟待解决的问题。随着设备性能、功耗的增长,传统的风冷服务器在导热性、散热性方面的效率瓶颈凸显,液冷数据中心成为下一代数据中心的方向。
液冷数据中心是指应用液冷技术和液冷服务器等设备的数据中心,与传统风冷服务器相比,液冷服务器的热量导出方式不同。液冷是指使用液体取代空气作为冷媒,为发热部件进行换热,带走热量的技术。相较于风冷服务器,有五大优点:
第一,液冷技术的高效制冷可有效提升服务器的使用效率和稳定性。
液体传导热能效果更好,是空气的25倍,温度传递效果更快、更优,能够实现IT设备高效制冷。同时,由于液体的比热容大,在吸收大量热量后自身温度不会产生明显的变化,故而能够稳定CPU温度。即使服务器遇到突发操作,运行功率激增也不会引起CPU内部温度大幅升高,保障CPU在一定范围内进行超频工作不会出现过热故障。
第二,应用液冷技术有助于实现数据中心节能、降噪。首先,液冷数据中心与传统风冷数据中心相比,去掉了空调系统以及对应的风冷基础设施,增加了循环泵,能够节约建设成本。其次,与风冷系统相比,液冷数据中心能节省约30%的能源,有效降低能源消耗比,可以将PUE(数据中心能源效率的指标)降到1.05,满足绿色数据中心的要求。最后,在相同散热条件下,液冷系统所使用的泵和冷却液系统与传统的空调系统相比噪声更小,可达到“静音机房”的效果。
第三,应用液冷技术有助于提高数据中心单位空间的服务器密度,大幅提升数据中心的运算效率。
液冷数据中心虽然增加了泵和冷却液系统,但是省却了空调系统和相应基础设施的建设,节省了大量空间,可以容纳更多的服务器。同时,液冷技术冷却能力优良,足以应对高功率密度数据中心的冷却工作,因此液冷数据中心可以配置高密度的服务器,从而得到更高的运算效率。
第四,液体冷却服务器能够无视海拔和地域等环境影响。
数据中心是一个电子设备密集型的场所,影响数据中心正常运行的因素有很多,其中海拔是很少被提及,但对数据中心影响很大的因素。海拔越高的地区,大气压或空气密度越低,导致空气介质冷却效应降低,空气散热能力下降。对于风冷数据中心,由于散热能力下降,温升增高,因此,为了保证数据中心的散热效率,空调系统的温度需要调低,而将造成更多能量的损耗。相比空气而言,液体比热容不受海拔与气压的影响,因此高海拔地区液冷数据中心的散热效率与低海拔地区相比无差距,仍可以保持较高的散热效率,保证数据中心在高海拔地区的运行效率和性能。
第五,液冷数据中心余热可以创造经济价值。
数据中心IT设备24小时不间断运行并散发巨大的热能。若这些热量直接排放到大气中,对环境而言是一种能源浪费。液冷数据中心热量是以液体为载体,可以直接通过热交换接入楼宇采暖系统和供水系统,满足附近居民的供暖、温水供应等需求。不仅节省了能源,也为数据中心创造了附加价值。
浸没式液冷数据中心把计算、存储及网络设备基于液冷环境进行完全重构,将IT设备浸没在绝缘无腐蚀性的冷却液中,热量被冷却液吸收后直接通过冷却系统高效地传导到外界,打破风冷散热瓶颈且实现PUE逼近1.0,同时密封的箱体保障IT设备不受潮湿、有害气体、振动影响,提升设备可靠性达50%以上。
以航天品质为算力产业赋能
中国石化长城润滑油作为中国航天唯一的全面战略合作伙伴,先后参与了众多太空极端环境下的热处理项目,在热能油液领域有着先进的经验。为推动数据中心实现高质高效的液冷化发展,中国石化润滑油有限公司自2018年起开展数据中心液冷产品的研制,已完成间接式液冷二代产品的迭代延寿升级。
据中国石化润滑油有限公司总经理、中国石化集团公司营销领域首席专家张春辉介绍:有别于传统冷却系统,间接式液冷数据中心热管理系统采用微通道金属冷板,为保证在10年的使用寿命内换热效率稳定和避免出现腐蚀渗漏造成数据中心宕机等重大事故,长效数据中心液冷产品具有持久的抗沉积、抗菌抑菌和有色金属缓蚀性能,以及良好的非金属相容性,能够为液冷数据中心的长效安全性提供坚实的保障。
为更好地助力新能源智能汽车行业算力建设的高水平发展,润滑油公司基于数据中心液冷产品技术积淀,开展了新能源智能汽车车载数据中心冷板式和单相浸没液冷工质的开发,与国内头部企业智能汽车团队开展了深度合作,可以为“车载数据中心”提供强大的液冷配套。
张春辉指出:新能源汽车动力电池、锂电池储能、充电桩和数据中心超级计算属于国务院国资委“9+6”重点领域,在高安全性、高效率、节能绿色低碳等新质生产力因素牵引下,新能源领域重大技术装备正处于“从风冷向全面液冷”的转型升级进程,这是一次最新的技术变革。中国石化润滑油公司在动力电池、锂电池储能、充电桩和数据中心等战新领域新型液冷介质技术积累深厚,目前已形成全面覆盖冷板式液冷、单相浸没式液冷和双相浸没式液冷三大液冷体系的热能油液集群产品,是润滑油公司打造战略高地、开拓新领域的重要方向。