用液冷掀起綠色數據中心發展新浪潮
截至目前,浪潮信息已參與制定與發布10余項冷板式液冷、浸沒式液冷相關設計技術標準,并聯合牽頭立項關于冷板式液冷核心技術的4項標準,對液冷產業的快速發展及液冷技術的大規模普及建設具有重要的指導意義。
“新基建”、“東數西算”及“十四五”數字中國建設目標的提出,為我國數字基礎設施建設提供重要指導,數據中心產業發展步入新階段,數據中心規模穩步增長。然而,數據中心作為耗電大戶,在電力需求中占據較大份額,根據工信部數據,2021年數據中心耗電量2166億千瓦時,占社會用電量比例達2.6%,相當于1.3個上海市的總社會用電量。
從2019年到2022年,全國數據中心機架數和能耗均有較大幅度的增長,根據相關機構調研,到2023年數據中心耗電量將達到2700億千瓦時,增幅約31.6%,數據中心節能降耗迫在眉睫。節能降耗,令數據中心實現綠色、節能可持續發展,已經成為浪潮信息致力實現的目標。
PUE 1.3的數據中心紅線
要實現綠色、節能的目標,首先要了解國家對于綠色數據中心建設的一些相關政策,這里最重要的一個指標就是“PUE”。浪潮信息數據中心產品部液冷產品線總經理李金波博士介紹,PUE是綠色數據中心核心的評價指標(Power Usage Effectiveness,電能利用效率),是指數據中心總耗電量與數據中心 IT 設備耗電量的比值。
浪潮信息數據中心產品部液冷產品線總經理李金波博士
數據中心的總耗電量除了IT設備的用電,還包括空調等冷卻設備、照明設備、電網設備等等。PUE 值越接近 1 表明用于 IT 設備的電能占比越高,制冷、供配電等非 IT 設備耗能越低,其能效就越高,代表著數據中心更加綠色。按照當前我國數據中心規模計算,PUE每降低0.1,節省用電量150億度,相當于減少碳排放1200萬噸。
近年來,國家頻頻頒發數據中心建設相關政策,對PUE提出明確限制。2021年11月,國家發展改革委等四部門聯合發布《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展實施方案》,目標到2025 年數據中心運行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升,全國新建大型、超大型數據中心平均電能利用效率(PUE)降到1.3以下,國家樞紐節點進一步降到1.25 以下。
2022 年 1 月,國務院印發“十四五”數字經濟發展規劃,隨后國家發展改革委會同相關部門推進“東數西算”工程實施,強化數據中心綠色發展要求,強調大型、超大型數據中心 PUE 降到 1.3 以下,并在給多個算力網絡國家樞紐節點啟動的復函中,都將 PUE 指標控制在 1.25 以內。
然而,中國整體數據中心PUE平均水平基本在1.8左右,傳統風冷數據中心PUE值通常在1.5-2.0之間,IT設備和空調制冷在電力消耗方面各占40%多,兩個加起來占了整個數據中心電力消耗近90%。如果要降低數據中心的PUE,實現綠色節能,降低制冷電力消耗是核心方向。
液冷成為綠色數據中心的必由之路
從目前的技術方案來看,液冷是降低PUE至1.2以下十分有效的方式。同時,通過中壓直供、間接蒸發冷卻、高壓直流、集中供電等方式可以實現數據中心40%以上的能耗節約。以1萬臺服務器的數據中心為例,采用這些綠色節能技術,一年可以帶來近5萬噸的二氧化碳排放降低。
據測算,預計2025年中國液冷數據中心的市場滲透率將達到20%以上。當前,液冷數據中心建設依然處于起步階段,以頭部互聯網和金融通信行業為主的一些企業已經完成了液冷技術的試點。然而,市場整體液冷滲透率仍然較低。液冷的產業化需要攜手產業鏈上下游合作伙伴,推動液冷標準的完善、產品的聯合創新和解決方案的構建。
據李金波博士透露,浪潮信息在2022年將“All in液冷”納入公司發展戰略,全棧布局液冷,實現服務器全產品線支持冷板式液冷,提供液冷數據中心整體解決方案。并且,浪潮信息建成了亞洲最大的液冷數據中心研發生產基地,構筑了從研發、測試、生產、品控、交付的全鏈條液冷智造能力。
浪潮信息作為全球第二大服務器廠商,在綠色數據中心建設方面,逐步由服務器本身節能,發展到數據中心整體解決方案全系統節能;不僅在產品技術上突破,還有產業鏈的突破,依托全鏈條液冷智造能力,實現了液冷系統工程的建設發展。
新、舊數據中心的液冷建設
在綠色數據中心建設上有新建和傳統數據中心改造兩個方向,接下來李金波博士又談及了這兩個方向各自的改造重點:
新建數據中心:新建一個液冷數據中心是一個系統工程。對于中小型液冷數據中心建設,可以采用單模塊部署;對于大型、超大型液冷數據中心,推薦采用集群式部署。
對于有機房的客戶來說,需要進行室內液冷數據中心建設,即把液冷系統裝進機房里。浪潮信息提供模塊化液冷智算中心方案,把制冷、配電、監控、消防等子系統運到機房,現場組裝。
對于未建設機房的客戶來說,可以進行室外液冷數據中心建設,即“無中生有”。浪潮信息提供預制化液冷智算中心解決方案,在集裝箱里蓋好數據中心,在標準集裝箱箱體基礎上,工廠一體化集成制冷、配電、監控、消防等子系統,拉到現場直接整體交付客戶,現場通水通電后即可使用。
傳統數據中心改造:由于數據中心的使用周期遠高于IT設備,基于節能降耗考慮,未來幾年老舊數據中心的綠色化改造將成為液冷數據中心建設過程的一項重要工作,在改造過程中需要盡可能降低改造成本,用最小的改動帶來最大化收益。
對于傳統風冷老舊數據中心的液冷化改造,浪潮信息提供風液式和純液冷兩種改造模式。
風液式改造:有風液式冷板改造和風液式熱管改造兩種方式。針對原有的風冷環境,利用冷板或者熱管將熱量從服務器高功耗芯片中傳遞至機柜級大空間環境,進而利用原有機房環境風冷將熱量帶走。
純液冷改造:在盡可能實現原有風冷室內空調復用、機柜復用、室外冷源復用的前提下,新增液冷系統部件及高功耗配電,用最小的系統改動,實現液冷的性能優勢最大化。
綠色數據中心的端到端交付與智能運維
綠色數據中心需要建好,更需要用好,要想用好數據中心,管理運營就是必不可少的一個重要環節。“目前浪潮信息能夠為用戶打造全生命周期液冷整體解決方案,可以實現從核心部件到整體方案的全方位覆蓋。”李金波博士說道。
在部件層面,在實現通用服務器、高密度服務器、整機柜服務器、AI服務器全系支持冷板式液冷的同時,浪潮信息數據中心具有冷量分配單元、液冷整機柜、液冷快速接頭、分集水器、液冷集成冷源等核心液冷基礎設施,并配合高功率配電柜/UPS,風冷列間空調以及動環監控系統。
在系統方案層面,無論是新建模塊化液冷數據中心、預制化液冷數據中心,還是風液式或純液冷老舊機房改造,浪潮信息都能夠實現從前期規劃咨詢、中期設備定制、后期交付施工的端到端服務,為客戶打造全生命周期最優的液冷解決方案。
上述解決方案可以令數據中心實現智能運維,通過浪潮信息數據中心智能管理系統,能夠全方位管理每個機柜及每臺服務器,實現供水量、水溫等核心參數智能調控。尤其是漏液故障后,能實現精準定位、告警及停機,進一步將風險控制在最小影響范圍,確保系統高安全性。此外,浪潮信息還在節點內設計了漏液檢測裝置,能精確定位泄漏節點,立即告知客戶,實現1.2s的報警靈敏度。
與用戶攜手,推進綠色數據中心發展
今年,浪潮信息還與京東云聯合發布ORS3000S液冷整機柜,數據中心部署總體能耗降低40%以上,散熱效率提升50%,為京東618、雙十一、央視春晚紅包互動等提供了基礎算力保障,有效助力京東云數據中心降低PUE。此外,浪潮信息提供的新型可移動液冷方案,助力在中國西部科技創新港建立了高算力、高容量的計算公共服務平臺,為西部科研創新及快速發展奠定了堅實的基礎。
現在的液冷數據中心雖然處于起步階段,市場整體液冷滲透率仍然較低,但未來發展前景廣闊。浪潮信息在根據客戶需求進行定制化服務的同時,也在持續推進液冷標準化建設,以實現產量的提高和成本的降低,從而實現產業化、批量化。希望拉通產業上下游,共同設立包括機柜、PDU、分集水器、快接插頭等各種設備部件在內的液冷行業標準,共同快速促進液冷技術的發展和普及。
截至目前,浪潮信息已參與制定與發布10余項冷板式液冷、浸沒式液冷相關設計技術標準,并聯合牽頭立項關于冷板式液冷核心技術的4項標準,對液冷產業的快速發展及液冷技術的大規模普及建設具有重要的指導意義。
未來,浪潮信息將繼續以客戶需求為基石,結合產學研創新,加強供應鏈生態建設,推進液冷標準的建立與應用推廣,打造標準化液冷核心產品,推動液冷產業化發展。
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