双碳目标、“东数西算”工程下,ICT正加紧走向集约化、规模化和绿色化,引发行业加大相关投资,加速ICT产业节能减排。

目前来看,当下ICT产业的温室气体排放仅占总量的3-6%,但随着联网人数和网络流量增加,预计2030年该行业的排放量将达总量近四分之一。从类别来看,数据中心和网络设施是ICT行业的两个排放大头,分别向行业贡献45%和23%的排放量。

其中,能耗大头数据中心如何节能备受关注,原因在于数据中心存量巨大且预期碳排放量大。相关机构显示,从2019年到2022年,全国数据中心机架数和能耗均有较大幅度的增长,到2023年数据中心耗电量将达到2700亿千瓦时,增幅约31.6%,分析数据中心生命周期费用占比,电费占比最高达57%,是基础设施和IT设备投资的近2倍。

以“东数西算”工程的绿色节能核心要求为例,传统数据中心是电力能耗大户,其能耗分别由IT设备、制冷系统、供配电系统、照明及其他构成。据招商证券报告数据,2019年美国数据中心耗电量约占全社会耗电量的2%,中国数据中心则为1.4%,同时随着数据中心的不断扩张,预计2022年中国数据中心的总能耗将突破2000亿千瓦时。从中进一步分析数据中心能耗占比可发现,制冷系统用电量已与IT设备相当,占总用电量高达43%。

华安证券研报认为,“东数西算”政策要求,国家枢纽节点算力集群的PUE(数据中心电能利用效率)达到1.25以下,PUE超过1.5需强制进行改造升级,2021年国内平均PUE为1.49,存量机架的改造需求巨大。在此需求情况下,除了ICT行业本身进行节能减排,业界寄望于新技术帮助传统行业节能。

其中,优化制冷系统是一大重要环节。传统数据中心多以风冷技术对设备进行散热,在大数据、人工智能时代传统数据中心却面临非常大的挑战。从技术发展角度看,随着数据中心密度越来越高,散热挑战也越来越大,CPU和GPU性能的大幅提升也将带来更高的TDP(Thermal Design Power,散热设计功耗),带来更大的热岛效应要求更高效的冷却方式。

因此,数据中心的制冷方案已逐渐从传统风冷转向液冷散热。所谓液冷,通俗理解,是通过液体代替空气,把CPU、内存等IT发热器件产生的热量带走,就好似给服务器局部冷却、整体“淋浴”甚至全部浸没。从效果而言,液冷技术可以满足数据中心高功率、高密部署、低PUE(Power Usage Effectiveness,电源使用效率)的超高需求。

目前主流的液冷技术路径有喷淋、冷板及浸没,其中,浸没式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性,成为主流趋势。市场调研机构赛迪数据显示,未来浸没式液冷的市场占比将逐步提升,将从2019年的不到20%增长到2025年的40%以上。

推动数据中心向液冷散热发展,已经成为行业共识。以CPU巨头英特尔为例,作为基础芯片和算力提供方,英特尔在数据中心领域参与程度较深,拥有CPU、GPU、闪存和FPGA等产品线,涉及数据的计算、存储和网络传输全环节。英特尔中国区云兼行业解决方案部专家介绍称,液冷是英特尔的数据中心重要技术方向之一,目前仍在与产业链上下游合作,进行配套和标准制定。在国内,包括浪潮、曙光、华为等服务器巨头,以及网宿科技旗下的绿色云图、高澜股份等解决方案提供商,也纷纷加大投入液冷领域投资。

国内外对于数据中心液冷均属于探索阶段,从市场格局而言,尽管海外ICT巨头有一定先发窗口期,但国内已出现规模化商用案例,液冷产业生态已初步建立。如国内液冷技术方案提供商绿色云图液所采用的浸没式液冷的散热方式,可将散热能耗降低90%-95%、IT设备能耗降低10%-20%。绿色云图称,作为国内首批规模投入商用的直接浸没式液冷数据中心,以低至1.049的PUE均值刷新了数据中心能耗的最新记录。也有ICT厂商在细分领域取得突破,如华为宣称,其AI训练集群采用全液冷方案,通过设计柜级密闭绝热技术,实现PUE<1.1的数据中心能源效率。

不过,有专家坦言,数据中心向液冷技术转型,仍面临多重挑战。首先是成本,因为液冷和传统风冷原理上大相径庭,涉及到整个主板、关键部件甚至整个系统的改造,比如部件、机架甚至数据中心整体级别上来说如何进行散热设计,都需要从头开始,成本上难以预计;另一方面则在于标准,即技术的规范化,液冷作为较新的技术领域,势必迎来大量厂商加入,大量不同标准、不同接口的引进,不利于技术整合,因此亟待规范化。

总体而言,行业强调数据中心“绿色化”概念,并非某个公司单打独斗,而是整个生态系统的孵化。以数据中心常使用的空调为例,该部件的更新和替换涉及到数据中心整体的散热和节能指标,因此需要产业链上下游共同配合,进行配套。此外,在数据中心绿色化发展中,除了典型的液冷技术的升级与规模应用外,其配套的余热回收利用技术也会被深入研究,因此需要厂商综合考虑,提供有竞争力的综合解决方案。

回顾数据中心技术发展,不难发现,在节能减排趋势下,原有未曾被注意的能耗被逐步重视并成为行业风向,数据中心的绿色化都已然成为其必然的选择。如今,产业链上下游都加入了节能环保改造,发展进程不断深度融入进绿色、低碳、循环发展规划下,而液冷则将担任数据中心此轮变革的技术先锋重任。

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