每(mei)經記者｜范芊芊    每(mei)經編輯(ji)｜文(wen)多    

在電影《流(liu)浪地(di)球(qiu)2》中(zhong)，出現(xian)了一(yi)(yi)臺(tai)“2058年(nian)的計(ji)算(suan)機(ji)(ji)”，它可滿足數萬(wan)座發動機(ji)(ji)協同運作，并支(zhi)撐“數字生命(ming)”計(ji)劃(hua)所(suo)需算(suan)力。這臺(tai)新型計(ji)算(suan)機(ji)(ji)的“原型”來源于中(zhong)科曙(shu)光還未正式發布的“缸式”新型浸沒(mei)液(ye)冷計(ji)算(suan)機(ji)(ji)。中(zhong)科曙(shu)光及旗下公司曙(shu)光數創在液(ye)冷技術(shu)領域已探索多(duo)年(nian)，這一(yi)(yi)技術(shu)目前(qian)被廣泛(fan)用于構建綠色數據（算(suan)力）中(zhong)心。

計算(suan)、存(cun)儲(chu)、網(wang)絡被(bei)稱(cheng)為(wei)(wei)數(shu)據中(zhong)心的(de)(de)三大IT基礎設施，也是數(shu)據中(zhong)心耗電量的(de)(de)重要來源，為(wei)(wei)了解決數(shu)據中(zhong)心節能減碳問題(ti)，中(zhong)科(ke)曙(shu)(shu)光(guang)(guang)旗下公司(si)曙(shu)(shu)光(guang)(guang)數(shu)創推出浸沒式相變液冷方(fang)案為(wei)(wei)服(fu)務器“降溫(wen)(wen)”。去年(nian)，中(zhong)科(ke)曙(shu)(shu)光(guang)(guang)則推出了曙(shu)(shu)光(guang)(guang)ParaStor液冷存(cun)儲(chu)系統為(wei)(wei)存(cun)儲(chu)器“降溫(wen)(wen)”，打造存(cun)算(suan)一棧式液冷方(fang)案。

目前，由中(zhong)科(ke)曙光參與建設的眾多液冷數據中(zhong)心(xin)，一(yi)年節省電能達2億度，節省的這些電能可滿足12.5萬個中(zhong)國家庭全(quan)年用電，相當(dang)于減少66157噸二氧(yang)化(hua)碳的排放。

數據中心究竟有多耗電？

國(guo)家“東數西算(suan)(suan)”工程啟動已有一年，全(quan)國(guo)各地的(de)數據中(zhong)心(xin)項目正在緊鑼密鼓地建設中(zhong)，以(yi)滿足數字(zi)經濟時(shi)代日益(yi)增(zeng)長的(de)算(suan)(suan)力(li)需求。作為新基建的(de)重(zhong)要(yao)組成(cheng)部分，算(suan)(suan)力(li)已經成(cheng)為拉動數字(zi)經濟增(zeng)長的(de)一輛重(zhong)要(yao)馬(ma)車，是(shi)新的(de)生產力(li)。

但與此同時(shi)，數(shu)據中心(xin)也(ye)被業(ye)(ye)內(nei)稱為耗(hao)電(dian)大(da)戶。中國(guo)(guo)電(dian)子技術標(biao)準化研究(jiu)院數(shu)據顯(xian)示，2021年全(quan)國(guo)(guo)數(shu)據中心(xin)能(neng)源(yuan)消耗(hao)達(da)到2166億千(qian)瓦時(shi)，這(zhe)相當于超1億個中國(guo)(guo)家(jia)庭的(de)全(quan)年用電(dian)量(liang)。在“雙(shuang)碳”戰略(lve)目標(biao)的(de)背(bei)景下(xia)，如(ru)何在保障數(shu)據中心(xin)穩(wen)定高(gao)效運(yun)營的(de)前提(ti)下(xia)節(jie)能(neng)減排，成為業(ye)(ye)界和學界研究(jiu)的(de)重點。

數(shu)據中(zhong)心(xin)為何(he)耗(hao)電量大(da)？在曙光云計(ji)算集團(tuan)首席戰略架構師(shi)王建波看來(lai)，數(shu)據中(zhong)心(xin)的(de)耗(hao)電體(ti)現在兩個方(fang)面，一方(fang)面是(shi)數(shu)據中(zhong)心(xin)所承載(zai)的(de)提供(gong)算力服(fu)務的(de)IT設備(bei)，另一方(fang)面則是(shi)保障IT設備(bei)穩定(ding)運行的(de)制冷設備(bei)。

服務(wu)器、存儲、網絡被稱為數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)基礎設施的(de)(de)三大(da)件。在(zai)一座超大(da)型數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)里，數(shu)(shu)層高樓，數(shu)(shu)千平方米的(de)(de)土地(di)上，僅密密麻麻排(pai)列著的(de)(de)服務(wu)器就數(shu)(shu)以(yi)(yi)萬(wan)計，這些設備24小時不停歇運行，以(yi)(yi)支撐上游應用場景，其中(zhong)一張提供算力(li)的(de)(de)GPU卡的(de)(de)功率(lv)都有(you)幾(ji)百瓦(wa)，可想(xiang)而知一座數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)能(neng)耗量是一個天文數(shu)(shu)字。

隨(sui)著應用場景對算力(li)的種類數量(liang)和質(zhi)量(liang)精度(du)等要求(qiu)越(yue)(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)(yue)高，服務(wu)器(qi)的耗(hao)電量(liang)將越(yue)(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)。王建波告訴記(ji)者，（服務(wu)器(qi)）處(chu)理性(xing)能越(yue)(yue)(yue)(yue)強(qiang)，集(ji)成(cheng)(cheng)度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)高，耗(hao)電量(liang)同樣也就越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)，這是一(yi)(yi)種相輔相成(cheng)(cheng)的關系。“例(li)如一(yi)(yi)塊(kuai)單(dan)晶硅片上集(ji)成(cheng)(cheng)的數字電路越(yue)(yue)(yue)(yue)密(mi)集(ji)，其處(chu)理能力(li)越(yue)(yue)(yue)(yue)強(qiang)，但耗(hao)電量(liang)也越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)。”

保障IT設備穩定(ding)運行的(de)其他設備則包括(kuo)除濕、散熱等設備。在業內(nei)，為了精準(zhun)計算數據中心(xin)的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)利用率，將(jiang)數據中心(xin)消耗的(de)所有能(neng)源(yuan)(yuan)與IT負載消耗的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)比值稱為PUE（Power Usage Effectiveness），PUE值越(yue)低，意味著(zhu)能(neng)源(yuan)(yuan)利用率越(yue)高。

要實現數據(ju)中(zhong)心的(de)節(jie)能減排，則要從降低PUE值來入手(shou)。工信(xin)部印發的(de)《新型數據(ju)中(zhong)心發展三年(nian)行動計劃（2021-2023年(nian)）》中(zhong)，明確指(zhi)出(chu)到(dao)2023年(nian)底(di)，新建大(da)型及以(yi)(yi)(yi)上(shang)數據(ju)中(zhong)心PUE降低到(dao)1.3以(yi)(yi)(yi)下，嚴寒和寒冷地區力爭(zheng)降低到(dao)1.25以(yi)(yi)(yi)下。

如何給服務器“降溫”？

那么如何降(jiang)低(di)數(shu)據中心(xin)PUE值？耗電量最大的服(fu)務器(qi)是節能(neng)(neng)降(jiang)碳的重點，冷(leng)卻則是關鍵一(yi)環，一(yi)方(fang)面高溫可(ke)能(neng)(neng)會使(shi)服(fu)務器(qi)停止(zhi)運行，另一(yi)方(fang)面溫度越高則意(yi)味著(zhu)降(jiang)溫需要消(xiao)耗的電量越大。“數(shu)據中心(xin)制(zhi)冷(leng)主要有幾種(zhong)方(fang)式，如風冷(leng)、液冷(leng)等(deng)，其中PUE達到1.1以下的基本依靠液冷(leng)。”王建波告訴記者。

所謂液冷(leng)，是指用流動液體將(jiang)計算(suan)機(ji)內(nei)部元器件(jian)產(chan)生的(de)熱(re)量傳遞到計算(suan)機(ji)外，以(yi)保證計算(suan)機(ji)工作在安全溫度范圍內(nei)的(de)一種冷(leng)卻方法，目前液冷(leng)技術分為冷(leng)板式(shi)、噴(pen)灑式(shi)和浸沒式(shi)。

早(zao)在2011年，中科曙(shu)光便開始(shi)節能液(ye)冷(leng)技術的探(tan)索與研究(jiu)，其浸沒(mei)式相(xiang)變液(ye)體方案被應用于全國多個數據中心(xin)。

在成(cheng)都中科(ke)曙(shu)(shu)光(guang)參建的(de)(de)(de)(de)一(yi)座(zuo)“綠色數(shu)據中心(xin)”，機房(fang)的(de)(de)(de)(de)服務(wu)器(qi)就采用了(le)曙(shu)(shu)光(guang)數(shu)創的(de)(de)(de)(de)浸(jin)沒式相(xiang)變液冷方案。記者了(le)解到，包含(han)CPU（中央處(chu)理(li)器(qi)）、GPU（圖形處(chu)理(li)器(qi)）等(deng)元器(qi)件在內(nei)的(de)(de)(de)(de)服務(wu)器(qi)被直(zhi)接浸(jin)沒在一(yi)種電子氟化液中，不斷(duan)冒出沸(fei)騰的(de)(de)(de)(de)小氣泡(pao)，這些小氣泡(pao)帶著熱量(liang)進入裝(zhuang)(zhuang)有冷水(shui)的(de)(de)(de)(de)冷卻裝(zhuang)(zhuang)置，待溫度下降(jiang)后再(zai)循環回到服務(wu)器(qi)，而吸收了(le)熱量(liang)的(de)(de)(de)(de)熱水(shui)則隨(sui)著管道進入外部的(de)(de)(de)(de)冷卻塔。

所謂浸沒(mei)式(shi)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)液(ye)(ye)冷方案(an)，關(guan)鍵詞是(shi)(shi)“浸沒(mei)”和“相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)”。王建波告(gao)訴記(ji)者，區別于冷板式(shi)液(ye)(ye)冷，浸沒(mei)式(shi)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)液(ye)(ye)冷方案(an)不(bu)是(shi)(shi)將散熱(re)最多的(de)關(guan)鍵元器(qi)件放入液(ye)(ye)體中，而是(shi)(shi)將服務器(qi)整體浸沒(mei)在液(ye)(ye)體中。相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)則是(shi)(shi)指物質狀態發生(sheng)改變(bian)(bian)，高溫使上述電(dian)子氟化(hua)液(ye)(ye)在50攝氏度(du)左右便沸(fei)騰(teng)轉化(hua)為氣體，繼而與冷水進(jin)行熱(re)交(jiao)換(huan)。

上(shang)述散熱方(fang)(fang)(fang)式(shi)能(neng)(neng)(neng)帶來(lai)哪(na)些益處呢？一(yi)方(fang)(fang)(fang)面由于上(shang)述液態高分子材(cai)料沸(fei)點較低(di)，該(gai)解決(jue)方(fang)(fang)(fang)案可(ke)使(shi)CPU等主要芯片(pian)運(yun)(yun)行(xing)溫(wen)度(du)下降10攝氏度(du)左(zuo)右，從(cong)而額外帶來(lai)10%~30%的應(ying)用性(xing)能(neng)(neng)(neng)提升，同(tong)時溫(wen)度(du)變化(hua)幅度(du)減小，也提升了數據中(zhong)心運(yun)(yun)行(xing)的穩定可(ke)靠性(xing)；另(ling)一(yi)方(fang)(fang)(fang)面該(gai)解決(jue)方(fang)(fang)(fang)案去掉(diao)了空調系統(tong)以及對應(ying)的風(feng)(feng)冷基礎設施，建設成本降低(di)，使(shi)數據中(zhong)心實現全(quan)年(nian)自然冷卻，風(feng)(feng)扇風(feng)(feng)機能(neng)(neng)(neng)耗(hao)降低(di)接(jie)近100%，相(xiang)較于風(feng)(feng)冷總能(neng)(neng)(neng)耗(hao)降低(di)約(yue)30%。

另外，區(qu)別于其他液(ye)冷技術，由于將服(fu)務器(qi)(qi)(qi)整體(ti)浸沒，以及采(cai)用氣(qi)體(ti)的(de)形(xing)式帶(dai)走(zou)熱量，浸沒式相變液(ye)冷方案采(cai)用高密度(du)部署，可為機房節(jie)省85%左右的(de)空(kong)間。這(zhe)也(ye)就意味著同樣面積的(de)機房內(nei)能夠放(fang)置(zhi)更(geng)(geng)多的(de)服(fu)務器(qi)(qi)(qi)，從而提(ti)高運算效率，同樣數量的(de)服(fu)務器(qi)(qi)(qi)則(ze)可以放(fang)置(zhi)在更(geng)(geng)小的(de)空(kong)間內(nei)，從而降低能耗(hao)。

王建波舉例說，例如(ru)原來（一定數(shu)量的(de)(de)服務器）需要放(fang)在(zai)五層樓里(li)，每層樓需要放(fang)置照明(ming)燈、空調等，采用上述(shu)方案(an)現在(zai)可(ke)以(yi)(yi)放(fang)在(zai)兩層樓里(li)，就可(ke)以(yi)(yi)節約三(san)層樓的(de)(de)電力開銷。

如何給存儲系統“降溫”、給生產節能降耗？

除(chu)了(le)服務(wu)器(qi)，存儲系統(tong)(tong)同樣是(shi)數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心耗電量較大的(de)(de)(de)設備(bei)。中(zhong)(zhong)國(guo)數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心節(jie)能委員會的(de)(de)(de)一項研究表明，數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心IT設備(bei)系統(tong)(tong)所產生的(de)(de)(de)功耗中(zhong)(zhong)，服務(wu)器(qi)系統(tong)(tong)約占(zhan)50%，存儲系統(tong)(tong)約占(zhan)35%。因此，存算(suan)一棧式液冷方案(an)成為實(shi)現數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心“深度綠色化”的(de)(de)(de)關鍵一環。

為此，中科曙光(guang)在(zai)去年推出了曙光(guang)ParaStor液(ye)(ye)冷(leng)(leng)(leng)(leng)存(cun)(cun)(cun)儲系(xi)統，這也是業(ye)內首個(ge)液(ye)(ye)冷(leng)(leng)(leng)(leng)存(cun)(cun)(cun)儲系(xi)統，其將冷(leng)(leng)(leng)(leng)板液(ye)(ye)冷(leng)(leng)(leng)(leng)方案(an)與存(cun)(cun)(cun)儲技術結合。相(xiang)比(bi)(bi)風冷(leng)(leng)(leng)(leng)模(mo)式(shi)，液(ye)(ye)冷(leng)(leng)(leng)(leng)存(cun)(cun)(cun)儲系(xi)統性能提升(sheng)超過20%，以EB級單位存(cun)(cun)(cun)儲設施的耗電(dian)量為例，相(xiang)比(bi)(bi)風冷(leng)(leng)(leng)(leng)模(mo)式(shi)，采(cai)用(yong)液(ye)(ye)冷(leng)(leng)(leng)(leng)存(cun)(cun)(cun)儲一年可節電(dian)450萬千瓦時，減少1493噸二氧化碳排放。

相較(jiao)于服務(wu)器，內存、機械硬(ying)盤等存儲關鍵部件采用(yong)液冷方案的難點在(zai)哪兒(er)？王(wang)建波告(gao)訴記者，通用(yong)的電(dian)子(zi)元器件要(yao)放到一(yi)種液體里(li)(li)，而且要(yao)支持熱插拔(ba)（帶電(dian)插拔(ba)），其中有很多技術性的突破。“比如我把CPU內存儲器取下來(lai)，取下來(lai)之后口要(yao)盡(jin)快封(feng)閉，否(fou)則就(jiu)連(lian)電(dian)了(le)，在(zai)插拔(ba)一(yi)瞬間還(huan)不(bu)能讓(rang)液體進去，這里(li)(li)面都有很多突破性的設計。”

例如(ru)，中(zhong)科曙(shu)光(guang)所設計的液冷(leng)存儲方案中(zhong)，在硬(ying)件設計時，保(bao)(bao)證硬(ying)盤(pan)(pan)盤(pan)(pan)盒與液冷(leng)箱體的接觸(chu)面積滿足機械硬(ying)盤(pan)(pan)的散(san)(san)熱需(xu)求(qiu)，并且(qie)硬(ying)盤(pan)(pan)的插拔操作不會帶來散(san)(san)熱接觸(chu)面的變化，增(zeng)加了(le)液冷(leng)循環系統后，仍(reng)能保(bao)(bao)持硬(ying)盤(pan)(pan)的獨立(li)熱插拔。

從計算與存儲兩(liang)個維度助力數據中心行(xing)業綠色低(di)碳、節能減排的同時，中科曙光(guang)在自身產(chan)品的生(sheng)產(chan)方面同樣(yang)注重(zhong)綠色節能。

據悉，曙光智(zhi)能制(zhi)造基地從產品(pin)設計開發、原材料選(xuan)用(yong)、生產工藝驗證、包裝優化到回收利用(yong)全面貫徹綠色制(zhi)造理念，不良品(pin)率、運營成本較早先生產線分別下降了20%、33%，單(dan)位產值(zhi)能耗降低30%。

王建(jian)波(bo)告訴記(ji)者(zhe)，基(ji)地全部(bu)采用無燈(deng)工(gong)廠(chang)(chang)，機器人生產(chan)(chan)(chan)(chan)作業，生產(chan)(chan)(chan)(chan)可靠性提升。據(ju)了解，基(ji)地采用先進(jin)的國(guo)產(chan)(chan)(chan)(chan)機器人和數字孿生技(ji)術(shu)實現(xian)自(zi)動(dong)化生產(chan)(chan)(chan)(chan)和智(zhi)能監控(kong)，工(gong)廠(chang)(chang)自(zi)動(dong)化率達95%以上，平(ping)均(jun)每90秒(miao)便可組裝(zhuang)一臺高(gao)端服務(wu)器產(chan)(chan)(chan)(chan)品。

（實習生羅藝對本文亦有貢獻）