數據算力需求日益增長
2020年,中國率先提出數據是第五大生產要素,將數據要素上升到經濟發展的基礎要素高度,進而推動全社會跨越式發展。2022年,《中共中央、國務院關于構建數據基礎制度更好發揮數據要素作用的意見》(“數據二十條”)發布,奠定了數據要素市場基礎制度體系的“四梁八柱”,明確了數據的三權分置,極大地推動了數據處理市場的發展與需求。2023年,工業和信息化部等六部門聯合印發了《算力基礎設施高質量發展行動計劃》,明確將穩步提升算力綜合供給能力。
從2023中國算力大會上獲悉:中國在用數據中心機架總規模超過760萬標準機架,算力總規模達到每秒1.97萬億億次浮點運算(197EFLOPS),位居全球第二,服務器、計算機、智能手機等計算類產品產量全球第一。據預測,我國2026年智能算力規模將達1300EFLOPS(每秒100億億次浮點運算),較2023年增加3倍以上。
2024年,財政部提出數據資產入表,意味著數據資產化,因此2024年可以說是數據資產元年。數據要素市場建設正在不斷地理論探索和產業實踐之中穩步推進。
2022年,“東數西算”工程啟動,旨在通過構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網絡體系,將東部算力需求有序引導到西部,優化數據中心建設布局,促進東西部協同聯動。在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地建設國家算力樞紐節點,并規劃了10個國家數據中心集群,以實現全國一體化大數據中心體系的總體布局設計。
“東數西算”的核心是數據與算力,通過將東部地區數據傳輸到西部,充分發揮西部豐富的可再生能源和土地資源優勢,在緩解東部能源緊張和計算成本高等問題的同時,促進西部數據中心建設及數字經濟高質量發展,實現算力資源的跨越調配及優化配置。
更具潛力的液冷數據中心
為滿足各類數據的大規模處理,數據中心需要提供巨大的算力,密集的CPU、內存等IT發熱器件的散熱就成為亟待解決的問題。隨著設備性能、功耗的增長,傳統的風冷服務器在導熱性、散熱性方面的效率瓶頸凸顯,液冷數據中心成為下一代數據中心的方向。
液冷數據中心是指應用液冷技術和液冷服務器等設備的數據中心,與傳統風冷服務器相比,液冷服務器的熱量導出方式不同。液冷是指使用液體取代空氣作為冷媒,為發熱部件進行換熱,帶走熱量的技術。相較于風冷服務器,有五大優點:
第一,液冷技術的高效制冷可有效提升服務器的使用效率和穩定性。
液體傳導熱能效果更好,是空氣的25倍,溫度傳遞效果更快、更優,能夠實現IT設備高效制冷。同時,由于液體的比熱容大,在吸收大量熱量后自身溫度不會產生明顯的變化,故而能夠穩定CPU溫度。即使服務器遇到突發操作,運行功率激增也不會引起CPU內部溫度大幅升高,保障CPU在一定范圍內進行超頻工作不會出現過熱故障。
第二,應用液冷技術有助于實現數據中心節能、降噪。首先,液冷數據中心與傳統風冷數據中心相比,去掉了空調系統以及對應的風冷基礎設施,增加了循環泵,能夠節約建設成本。其次,與風冷系統相比,液冷數據中心能節省約30%的能源,有效降低能源消耗比,可以將PUE(數據中心能源效率的指標)降到1.05,滿足綠色數據中心的要求。最后,在相同散熱條件下,液冷系統所使用的泵和冷卻液系統與傳統的空調系統相比噪聲更小,可達到“靜音機房”的效果。
第三,應用液冷技術有助于提高數據中心單位空間的服務器密度,大幅提升數據中心的運算效率。
液冷數據中心雖然增加了泵和冷卻液系統,但是省卻了空調系統和相應基礎設施的建設,節省了大量空間,可以容納更多的服務器。同時,液冷技術冷卻能力優良,足以應對高功率密度數據中心的冷卻工作,因此液冷數據中心可以配置高密度的服務器,從而得到更高的運算效率。
第四,液體冷卻服務器能夠無視海拔和地域等環境影響。
數據中心是一個電子設備密集型的場所,影響數據中心正常運行的因素有很多,其中海拔是很少被提及,但對數據中心影響很大的因素。海拔越高的地區,大氣壓或空氣密度越低,導致空氣介質冷卻效應降低,空氣散熱能力下降。對于風冷數據中心,由于散熱能力下降,溫升增高,因此,為了保證數據中心的散熱效率,空調系統的溫度需要調低,而將造成更多能量的損耗。相比空氣而言,液體比熱容不受海拔與氣壓的影響,因此高海拔地區液冷數據中心的散熱效率與低海拔地區相比無差距,仍可以保持較高的散熱效率,保證數據中心在高海拔地區的運行效率和性能。
第五,液冷數據中心余熱可以創造經濟價值。
數據中心IT設備24小時不間斷運行并散發巨大的熱能。若這些熱量直接排放到大氣中,對環境而言是一種能源浪費。液冷數據中心熱量是以液體為載體,可以直接通過熱交換接入樓宇采暖系統和供水系統,滿足附近居民的供暖、溫水供應等需求。不僅節省了能源,也為數據中心創造了附加價值。
浸沒式液冷數據中心把計算、存儲及網絡設備基于液冷環境進行完全重構,將IT設備浸沒在絕緣無腐蝕性的冷卻液中,熱量被冷卻液吸收后直接通過冷卻系統高效地傳導到外界,打破風冷散熱瓶頸且實現PUE逼近1.0,同時密封的箱體保障IT設備不受潮濕、有害氣體、振動影響,提升設備可靠性達50%以上。
以航天品質為算力產業賦能
中國石化長城潤滑油作為中國航天唯一的全面戰略合作伙伴,先后參與了眾多太空極端環境下的熱處理項目,在熱能油液領域有著先進的經驗。為推動數據中心實現高質高效的液冷化發展,中國石化潤滑油有限公司自2018年起開展數據中心液冷產品的研制,已完成間接式液冷二代產品的迭代延壽升級。
據中國石化潤滑油有限公司總經理、中國石化集團公司營銷領域首席專家張春輝介紹:有別于傳統冷卻系統,間接式液冷數據中心熱管理系統采用微通道金屬冷板,為保證在10年的使用壽命內換熱效率穩定和避免出現腐蝕滲漏造成數據中心宕機等重大事故,長效數據中心液冷產品具有持久的抗沉積、抗菌抑菌和有色金屬緩蝕性能,以及良好的非金屬相容性,能夠為液冷數據中心的長效安全性提供堅實的保障。
為更好地助力新能源智能汽車行業算力建設的高水平發展,潤滑油公司基于數據中心液冷產品技術積淀,開展了新能源智能汽車車載數據中心冷板式和單相浸沒液冷工質的開發,與國內頭部企業智能汽車團隊開展了深度合作,可以為“車載數據中心”提供強大的液冷配套。
張春輝指出:新能源汽車動力電池、鋰電池儲能、充電樁和數據中心超級計算屬于國務院國資委“9+6”重點領域,在高安全性、高效率、節能綠色低碳等新質生產力因素牽引下,新能源領域重大技術裝備正處于“從風冷向全面液冷”的轉型升級進程,這是一次最新的技術變革。中國石化潤滑油公司在動力電池、鋰電池儲能、充電樁和數據中心等戰新領域新型液冷介質技術積累深厚,目前已形成全面覆蓋冷板式液冷、單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷三大液冷體系的熱能油液集群產品,是潤滑油公司打造戰略高地、開拓新領域的重要方向。
