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雙碳目標(biāo)、“東數(shù)西算”工程下,ICT正加緊走向集約化、規(guī);途G色化,引發(fā)行業(yè)加大相關(guān)投資,加速ICT產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排。
目前來看,當(dāng)下ICT產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放僅占總量的3-6%,但隨著聯(lián)網(wǎng)人數(shù)和網(wǎng)絡(luò)流量增加,預(yù)計(jì)2030年該行業(yè)的排放量將達(dá)總量近四分之一。從類別來看,數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是ICT行業(yè)的兩個(gè)排放大頭,分別向行業(yè)貢獻(xiàn)45%和23%的排放量。
其中,能耗大頭數(shù)據(jù)中心如何節(jié)能備受關(guān)注,原因在于數(shù)據(jù)中心存量巨大且預(yù)期碳排放量大。相關(guān)機(jī)構(gòu)顯示,從2019年到2022年,全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)和能耗均有較大幅度的增長(zhǎng),到2023年數(shù)據(jù)中心耗電量將達(dá)到2700億千瓦時(shí),增幅約31.6%,分析數(shù)據(jù)中心生命周期費(fèi)用占比,電費(fèi)占比最高達(dá)57%,是基礎(chǔ)設(shè)施和IT設(shè)備投資的近2倍。
以“東數(shù)西算”工程的綠色節(jié)能核心要求為例,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心是電力能耗大戶,其能耗分別由IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及其他構(gòu)成。據(jù)招商證券報(bào)告數(shù)據(jù),2019年美國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量約占全社會(huì)耗電量的2%,中國(guó)數(shù)據(jù)中心則為1.4%,同時(shí)隨著數(shù)據(jù)中心的不斷擴(kuò)張,預(yù)計(jì)2022年中國(guó)數(shù)據(jù)中心的總能耗將突破2000億千瓦時(shí)。從中進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)中心能耗占比可發(fā)現(xiàn),制冷系統(tǒng)用電量已與IT設(shè)備相當(dāng),占總用電量高達(dá)43%。
華安證券研報(bào)認(rèn)為,“東數(shù)西算”政策要求,國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)算力集群的PUE(數(shù)據(jù)中心電能利用效率)達(dá)到1.25以下,PUE超過1.5需強(qiáng)制進(jìn)行改造升級(jí),2021年國(guó)內(nèi)平均PUE為1.49,存量機(jī)架的改造需求巨大。在此需求情況下,除了ICT行業(yè)本身進(jìn)行節(jié)能減排,業(yè)界寄望于新技術(shù)幫助傳統(tǒng)行業(yè)節(jié)能。
其中,優(yōu)化制冷系統(tǒng)是一大重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心多以風(fēng)冷技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行散熱,在大數(shù)據(jù)、人工智能時(shí)代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心卻面臨非常大的挑戰(zhàn)。從技術(shù)發(fā)展角度看,隨著數(shù)據(jù)中心密度越來越高,散熱挑戰(zhàn)也越來越大,CPU和GPU性能的大幅提升也將帶來更高的TDP(Thermal Design Power,散熱設(shè)計(jì)功耗),帶來更大的熱島效應(yīng)要求更高效的冷卻方式。
因此,數(shù)據(jù)中心的制冷方案已逐漸從傳統(tǒng)風(fēng)冷轉(zhuǎn)向液冷散熱。所謂液冷,通俗理解,是通過液體代替空氣,把CPU、內(nèi)存等IT發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量帶走,就好似給服務(wù)器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部浸沒。從效果而言,液冷技術(shù)可以滿足數(shù)據(jù)中心高功率、高密部署、低PUE(Power Usage Effectiveness,電源使用效率)的超高需求。
目前主流的液冷技術(shù)路徑有噴淋、冷板及浸沒,其中,浸沒式液冷以其高能效、高密度、高可用和高可靠等特性,成為主流趨勢(shì)。市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)賽迪數(shù)據(jù)顯示,未來浸沒式液冷的市場(chǎng)占比將逐步提升,將從2019年的不到20%增長(zhǎng)到2025年的40%以上。
推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向液冷散熱發(fā)展,已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。以CPU巨頭英特爾為例,作為基礎(chǔ)芯片和算力提供方,英特爾在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域參與程度較深,擁有CPU、GPU、閃存和FPGA等產(chǎn)品線,涉及數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸全環(huán)節(jié)。英特爾中國(guó)區(qū)云兼行業(yè)解決方案部專家介紹稱,液冷是英特爾的數(shù)據(jù)中心重要技術(shù)方向之一,目前仍在與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作,進(jìn)行配套和標(biāo)準(zhǔn)制定。在國(guó)內(nèi),包括浪潮、曙光、華為等服務(wù)器巨頭,以及網(wǎng)宿科技旗下的綠色云圖、高瀾股份等解決方案提供商,也紛紛加大投入液冷領(lǐng)域投資。
國(guó)內(nèi)外對(duì)于數(shù)據(jù)中心液冷均屬于探索階段,從市場(chǎng)格局而言,盡管海外ICT巨頭有一定先發(fā)窗口期,但國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)規(guī);逃冒咐豪洚a(chǎn)業(yè)生態(tài)已初步建立。如國(guó)內(nèi)液冷技術(shù)方案提供商綠色云圖液所采用的浸沒式液冷的散熱方式,可將散熱能耗降低90%-95%、IT設(shè)備能耗降低10%-20%。綠色云圖稱,作為國(guó)內(nèi)首批規(guī)模投入商用的直接浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心,以低至1.049的PUE均值刷新了數(shù)據(jù)中心能耗的最新記錄。也有ICT廠商在細(xì)分領(lǐng)域取得突破,如華為宣稱,其AI訓(xùn)練集群采用全液冷方案,通過設(shè)計(jì)柜級(jí)密閉絕熱技術(shù),實(shí)現(xiàn)PUE<1.1的數(shù)據(jù)中心能源效率。
不過,有專家坦言,數(shù)據(jù)中心向液冷技術(shù)轉(zhuǎn)型,仍面臨多重挑戰(zhàn)。首先是成本,因?yàn)橐豪浜蛡鹘y(tǒng)風(fēng)冷原理上大相徑庭,涉及到整個(gè)主板、關(guān)鍵部件甚至整個(gè)系統(tǒng)的改造,比如部件、機(jī)架甚至數(shù)據(jù)中心整體級(jí)別上來說如何進(jìn)行散熱設(shè)計(jì),都需要從頭開始,成本上難以預(yù)計(jì);另一方面則在于標(biāo)準(zhǔn),即技術(shù)的規(guī)范化,液冷作為較新的技術(shù)領(lǐng)域,勢(shì)必迎來大量廠商加入,大量不同標(biāo)準(zhǔn)、不同接口的引進(jìn),不利于技術(shù)整合,因此亟待規(guī)范化。
總體而言,行業(yè)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)中心“綠色化”概念,并非某個(gè)公司單打獨(dú)斗,而是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的孵化。以數(shù)據(jù)中心常使用的空調(diào)為例,該部件的更新和替換涉及到數(shù)據(jù)中心整體的散熱和節(jié)能指標(biāo),因此需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同配合,進(jìn)行配套。此外,在數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展中,除了典型的液冷技術(shù)的升級(jí)與規(guī)模應(yīng)用外,其配套的余熱回收利用技術(shù)也會(huì)被深入研究,因此需要廠商綜合考慮,提供有競(jìng)爭(zhēng)力的綜合解決方案。
回顧數(shù)據(jù)中心技術(shù)發(fā)展,不難發(fā)現(xiàn),在節(jié)能減排趨勢(shì)下,原有未曾被注意的能耗被逐步重視并成為行業(yè)風(fēng)向,數(shù)據(jù)中心的綠色化都已然成為其必然的選擇。如今,產(chǎn)業(yè)鏈上下游都加入了節(jié)能環(huán)保改造,發(fā)展進(jìn)程不斷深度融入進(jìn)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展規(guī)劃下,而液冷則將擔(dān)任數(shù)據(jù)中心此輪變革的技術(shù)先鋒重任。