节能降耗是数据中心转型大趋势

2022年1月16日出版的第二期《求是》杂志，刊发了重要文章《不断做强做优做大我国数字经济》。数字经济正成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。

数据中心是数字经济的重要基础设施，国家能源局数据表明，2020年我国数据中心耗电量突破2000亿千瓦时，相当于三峡大坝两年的发电量，能耗占全国总用电量的2.7%，并且呈逐年上升趋势。2021年全国数据中心年均PUE值为1.49，整体偏高。北京市发改委下发的《北京市数据中心统筹发展实施方案2021-2023》指出，新建、扩建数据中心，要求项目PUE值不应高于1.3~1.15。对于PUE>1.4且<=1.8的项目，执行的电价加价标准为每度电加价0.2元；对于PUE>1.8的项目每度电加价0.5元。工信部在《新型数据中心发展三年行动计划》中要求，2023年底新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下。

2020年9月我国正式提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标；2021年政府工作报告将“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作”列为重点工作之一；“十四五”规划提出了关于制定碳达峰、碳中和的行动方案。双碳政策的全面实施，必将有力推进整个IDC行业格局重塑。节能型产品升级、余热利用、提升数据中心能效、降低PUE是数据中心发展的必然趋势。

液冷技术可有效降低 数据中心能耗及运营成本

液冷是提升数据中心能效的一大法宝，《中国数据中心液冷白皮书》数据显示，2024年中国液冷数据中心市场规模将超过1000亿元。相较于传统风冷，同体积液体可带走的热量是空气的1000-3000倍，能够实现部件级的精确制冷，保证元器件高性能、高可靠的工作。同时采用液冷也更利于热回收，提升能量利用率。

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。而液冷服务器是指将液体注入服务器，通过冷热交换带走服务器热量的一种服务器。一般来说，行业将液冷分为直接冷却和间接冷却。目前间接冷却以冷板式液冷技术为主；直接冷却以浸没式液冷技术为主，又可分为相变和非相变两种。除此之外还有喷淋式液冷。

冷板式液冷是在服务器中加装液冷模块，采用集中式或分布式CDU供液，manifold分液，以此对CPU、DIMM等部件进行精准制冷。目前，冷板式液冷技术在所有液冷技术中最为成熟，配套产业链也最为完善，采用冷板式液冷的数据中心年均PUE值可降低至1.2左右。浸没式液冷是将IT设备全部浸入到盛满液体的TANK中，这种方法的冷却能力更强，可以将PUE值降到1.1以下。但是浸没式液冷的技术更复杂，成熟度也更低，与冷板式相比可维护性差，成本高出很多，同时IT设备泡在冷却液中也存在相似相溶的风险。此外，两种液冷方式采用的冷却液种类也不同，冷板式冷却液一般采用去离子水、纯水、丙二醇或几种冷却液混合，成本低用量也少。而浸没式冷却液一般采用氟化物、矿物油或各种合成油，成本高且用量非常大，在使用过程中会伴随更大损耗。目前，主流的液冷方式是冷板式。

图 1 不同冷却技术对比

新华三提供液冷一体化解决方案

新华三集团在液冷数据中心业务上有多年的积累。在数据中心服务方面，新华三拥有业内首屈一指的设计服务团队、多年的液冷数据中心服务经验以及多个大型液冷数据中心项目案例，如阿里余杭仁和经开区数据中心等。可为新建、改建数据中心提供创新设计，包括数据中心咨询、设计、施工、验证与运维，提供全生命周期的服务。

除此之外，新华三集团在液冷服务器上也有多年的技术积淀。2017年，就已经在R4900 G2机架服务器上做了冷板预研，为移动（呼和浩特数据中心）提供基础设施、为清华大学提供液冷机柜，在其它节能技术的配合下，项目PUE实测值在1.08-1.17之间。除了通用机架服务器，新华三也在B16000 刀片服务器节点中做了预研，实测单节点功耗较风冷节省49.85W，CPU温度降低23℃（235W CPU），PUE实测值在1.2左右。

针对客户不同的业务场景，新华三液冷具备四种不同的交付模式。模式一：液冷服务器，针对数据中心客户需要提供液冷服务器，但其他基础设施由客户自己设计和交付的业务场景；模式二：液冷服务器、液冷机柜（包含manifold、配套管路、传感器），针对整机柜液冷交付的业务场景，如北极3.0整机柜液冷；模式三：液冷服务器、液冷机柜（包含manifold、配套管路、传感器）、分布式CDU，主要针对中小型液冷系统的业务场景；模式四：液冷服务器、液冷机柜（包含manifold、配套管路、传感器）、集中式CDU、二次测配套管路，是针对数据中心完整的液冷解决方案，面向具有部署能力的业务场景。

图 2 液冷数据中心项目案例

新华三冷板液冷系统的计算节点与CDU全面支持1+1电源冗余，支持计算节点、CDU、机柜漏液监测，CPU温度较风冷可降低10℃以上，大幅提升了整机稳定性。在维护方面，CPU节点液冷接头能够兼容不同方案，包括UQD04(史陶比尔)、DAG06(史陶比尔)，能够让客户的选择更加灵活，供货能力更有保证，在液冷设备规格参差不齐的今天，这个特性对用户使用体验的提升是巨大的；液冷系统支持带液维护，CDU自带补液泵无需外部补液设备，可以在检测到冷却液液量不足时进行自动补液；系统支持远程监控管理，让运维人员不受地域制约；CPU节点与CDU电源均无条件支持1+1电源冗余。在冷却液方面，新华三选用了intel推广的PG25（25%丙二醇+75%去离子水）冷却液，无毒安全，后期维护方便。该系统最高可将数据中心的PUE值降到1.2以下，能助力节能减排，实现“双碳”目标，同时噪音稳定在60dB以下，可有效改善机房环境。与传统风冷系统相比，该系统能够节电30%-40%，大大提升了客户的IT收益。

携手新华三液冷解决方案 共建绿色数据中心

作为“双碳”战略坚定的践行者，新华三集团在设计、生产和制造中严格执行国家相关要求，积极参与绿色标准的制定。2021年12月，由中国信息通信研究院云计算与大数据研究所牵头、依托ODCC（开放数据中心委员会）“冰河”项目组研究和制定的5项数据中心液冷行业标准正式发布，紫光股份旗下新华三集团凭借在液冷技术的深厚积淀与丰富实践，成为行业标准参编单位之一。该标准将于2022年4月1日起正式实施，内容涵盖浸没式、冷板式等主要液冷方式的技术要求和测试方法，以及液冷能源使用效率要求和测试方法、冷却液体技术要求和测试方法，有效填补了当前国内外数据中心液冷行业标准的空白。

液冷是一个跨专业方向的技术创新领域，需要数据中心侧、服务器侧、网络侧的强协同，新华三的基因非常适合液冷解决方案的落地。依托自有液冷研发实验室提供的专业技术支撑，新华三能够为各行业客户提供端到端的液冷技术方案，包括多维度液冷数据中心整体建设及液冷技术服务，并针对不同的客户需求成立定制化服务器团队，打造真正适用于行业场景的液冷解决方案。目前，新华三已完成多个冷板式液冷、浸没式液冷的实际应用建设案例。

图 3 新华三液冷解决方案

放眼未来，在“云智原生”战略和“数字大脑”的支撑下，新华三集团将持续创新与迭代，以多维度视角为客户提供从技术到产品，再到解决方案的场景化应用，携手客户共同推进“双碳战略”的持续发展。

数据中心液冷是一项新出现的“革命性”技术，液冷服务器改变了传统的计算机产品形态和使用模式, 解决了服务器风冷散热不足的安全隐患,在数据中心的应用前景非常光明, 必然会成为未来数据中心的选择。