中國儲能網(wǎng)訊：一年耗盡三峽和葛洲壩兩大水電站全年產(chǎn)電量之和，數(shù)據(jù)中心能耗之高令人咋舌。如何突破節(jié)能瓶頸？答案或許是”液冷”，液冷數(shù)據(jù)中心一度成為業(yè)內的“網(wǎng)紅”。
隨著新基建大潮洶涌而來，數(shù)據(jù)中心新建和擴容的步伐逐步加快。《白皮書》調查顯示，截至2019年底，全國在用數(shù)據(jù)中心同比增長28.6%，在建數(shù)據(jù)中心規(guī)模增長30%，特別是北上廣深等一線城市增速明顯。
超大型數(shù)據(jù)中心飛速發(fā)展和空間載體不足將加快單機柜功率密度的迅猛提升，預計2025年平均功率可達25kW?？焖僭鲩L的功率密度對散熱提出了更高要求。據(jù)統(tǒng)計，2019年以”風冷”技術為代表的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，其耗能中約有43%是用于IT設備的散熱，與IT設備自身的能耗（45%）基本持平，PUE（評價能源效率指標)值普遍在1.4以上，由此可見，降低散熱功耗、控制數(shù)據(jù)中心運營成本，建設綠色數(shù)據(jù)中心已成當務之急，數(shù)據(jù)中心呼喚散熱”革命”。
阿里云位于浙江千島湖的液冷數(shù)據(jù)中心也因此引來了大量關注，阿里千島湖數(shù)據(jù)中心因地制宜采用湖水制冷，深層湖水通過完全密閉的管道流經(jīng)數(shù)據(jù)中心，幫助服務器降溫，再流經(jīng)2.5公里的青溪新城中軸溪，作為城市景觀呈現(xiàn)，自然冷卻后最終潔凈地回到千島湖。
液冷數(shù)據(jù)中心的水可以為服務器“淋浴”“泡澡”，不僅可以作為城市景觀，甚至“洗澡水”可以為附近居民供暖、提供熱水……本期我們來詳細介紹一下液冷數(shù)據(jù)中心究竟是什么。
一、什么是液冷數(shù)據(jù)中心？
液冷數(shù)據(jù)中心是指應用液冷技術和液冷服務器等設備的數(shù)據(jù)中心，與傳統(tǒng)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(fā)熱部件進行換熱，帶走熱量的技術。
而液冷服務器是指將液體注入服務器，通過冷熱交換帶走服務器熱量的一種服務器。一般來說，行業(yè)將液冷分為直接冷卻和間接冷卻。目前直接冷卻以浸沒式液冷技術為主，同時可分為相變和非相變兩種，間接冷卻以冷板式液冷技術為主。
浸沒式液冷技術是一種以液體作為傳熱介質，發(fā)熱器件浸沒于液體中，通過直接接觸進行熱交換的冷卻技術。
通俗理解，液冷是通過液體代替空氣，把CPU、內存等IT發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量帶走，就好似給服務器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部“泡澡”。目前，液冷技術可謂百花齊放，常見的有冷板式液冷、浸沒式液冷、風液混合。
二、液冷數(shù)據(jù)中心有哪些優(yōu)勢？
液冷數(shù)據(jù)中心有五點優(yōu)勢。
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(wěn)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(yōu)，能夠實現(xiàn)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(chǎn)生明顯的變化，故而能夠定CPU溫度。即使服務器遇到突發(fā)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(xiàn)過熱故障。
第二，應用液冷技術有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能、降噪。
首先，液冷數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心相比，去掉了空調系統(tǒng)以及對應的風冷基礎設施，增加了循環(huán)泵，能夠節(jié)約建設成本。其次，與風冷系統(tǒng)相比，液冷數(shù)據(jù)中心能節(jié)省約30%的能源，有效降低能源消耗比，可以將PUE（數(shù)據(jù)中心能源效率的指標）降到1.05，滿足綠色數(shù)據(jù)中心的要求。最后，在相同散熱條件下，液冷系統(tǒng)所使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)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(shù)據(jù)中心單位空間的服務器密度，大幅提升數(shù)據(jù)中心的運算效率。
液冷數(shù)據(jù)中心雖然增加了泵和冷卻液系統(tǒng)，但是省卻了空調系統(tǒng)和相應基礎設施的建設，節(jié)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(yōu)良，足以應對高功率密度數(shù)據(jù)中心的冷卻工作，因此液冷數(shù)據(jù)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(huán)境影響。
數(shù)據(jù)中心是一個電子設備密集型的場所，影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素有很多，其中海拔高度是很少被提及，但對數(shù)據(jù)中心影響很大的因素。海拔越高的地區(qū)，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(shù)據(jù)中心，由于散熱能力下降，溫升增高，因此，為了保證數(shù)據(jù)中心的散熱效率，空調系統(tǒng)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(qū)液冷數(shù)據(jù)中心的散熱效率與低海拔地區(qū)相比無差距，仍可以保持較高的散熱效率，保證數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)的運行效率和性能。
第五，液冷數(shù)據(jù)中心余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟價值。
數(shù)據(jù)中心IT設備24小時不間斷運行并散發(fā)巨大的熱能。若這些熱量直接排放到大氣中，對環(huán)境而言是一種能源浪費。液冷數(shù)據(jù)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(tǒng)和供水系統(tǒng)，滿足附近居民的供暖、溫水供應等需求。不僅節(jié)省了能源，也為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了附加價值。
浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心把計算、存儲及網(wǎng)絡設備基于液冷環(huán)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(tǒng)高效地傳導到外界，打破風冷散熱瓶頸且實現(xiàn)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。
自2015年起，阿里巴巴針對不同的液冷技術和方案展開研究、探索與實踐，最終實現(xiàn)了浸沒式液冷的技術創(chuàng)新和規(guī)模部署。相比其他液冷技術，浸沒式液冷具有高能效、高密度、高可靠、高可用等特點，更加適合云計算數(shù)據(jù)中心的高可靠應用場景。
