AIGC发展对算力带来爆发式的增长需求,服务器必须具备更高计算效率,在更短时间内完成更多运算,因而必然伴芯片能耗的加大。
ODCC《冷板式液冷服务器可靠性白皮书》信息,2022年Intel第四代服务器处理器单CPU功耗已突破350瓦,英伟达单GPU芯片功耗突破700瓦,AI集群算力密度普遍达到50kW/柜。#液冷服务器##服务器#
不同机器学习时代的算力增长趋势:
资料来源:ComputeTrendsAcrossThreeErasofMachineLearning
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服务器计算能力增长快速,建设高密度、高能耗的大型数据中心成为平衡算力和环保规定的必要选择。
目前,用于服务器散热的空调因能源载荷高于IT设备,已成为决定数据中心PUE的关键要素。
制冷系统是数据中心重要基础设施之一,高密度数据中心运行中,传统风冷面临散热不足、能耗严重的问题,液冷技术成为了降低数据中心PUE的优解,其在15kW/柜以上时更具经济性优势。
目前,全球高密集度、高供电密度的超大型数据中心已逐渐采用液冷技术。
根据咨询机构IDC预测,抛开传统的大规模数据中心不计,未来有大概20%的边缘计算数据中心也将采用液冷技术。
ResearchAndMarkets数据显示,到2023年,全球液冷数据中心市场规模将达45.5亿美元,年复合增长率将达27.7%。国内外主流厂商都在推进液冷技术研究,除了美国的部分公司外,国内以曙光节能、阿里为代表的厂商也陆续推出了系列液冷产品。
液冷服务器产业链:
资料来源:中国信通院、中银国际
液冷技术,就是直接将液体冷却系统导入服务器内部散热,甚至把服务器等需要散热的设备直接放入冷却液中(矿物油或者氟化液等传输介质)。
热量通过液冷主机传递,再通过室外冷却塔将热量散发到空气中。由于液体比空气的比热容大得多,制冷效率远高于风冷散热,并且由于省去了风扇,也可达到降低噪音的效果。服务器也因此实现了高密度、低噪音、低传热温差、全年自然冷却的效果。
随着超高密度数据中心的建设节奏加快,传统风冷已无法满足高性价比、低PUE的需求,因此液冷技术成为未来建设数据中心的主要路径。
风冷散热是指通过散热器将服务器主板、CPU等散发出的热量传递给散热器模块,然后采用风扇或空调制冷的方式将热量吹走的一种散热方式。
近些年,散热方案从传统的外部机房空调,发展到直接风侧自然冷却的AHU,再发展到间接风侧自然冷却的AHU,风冷系统的技术创新不断涌现,其中比较典型的有百度阳泉云计算中心等。
但是,风冷仍局限于以空气为冷媒,风冷热传导过程复杂,热阻总和大、换热效率较低、换热过程高低温热源间温差较大,需要较低室外低温热源引导换热过程进行。
液冷与风冷服务器比较:
(根据《UPS应用》期刊)液冷服务器的CPU核温比风冷极限温度可低20~30°C,可靠性将大大提高。液冷服务器不用压缩机制冷,使得整个系统全年PUE值下降到1.2以下,同时服务器CPU可超频运行,计算性能可提高12%。
英特尔《绿色数据中心创新实践--冷板液冷系统设计参考》白皮书信息,采用风冷的数据中心通常可以解决12kW以内的机柜制冷,机柜功率超过15kW,相对于现有的风冷数据中心,已经到了空气对流散热能力的天花板,液冷技术作为一种散热能力更强的技术,可以支持更高的功率密度。
散热设备越来越贴近发热源:
冷板式液冷成熟度最高,浸没式液冷、喷淋式液冷节能效果更优。
目前,3 种不同液冷方案在通信行业各有一些应用案例。
其中,冷板式液冷发热器件不需接触冷却液,发展时间最早,技术成熟度较高,冷板式液冷采用微通道强化换热技术具有极高的散热性能,在军用雷达、高密度数据中心、高性能电脑、动力电池以及高功率LED 散热领域均有应用,是解决大功耗设备部署、提升能效、降低制冷运行费用、降低TCO 的有效应用方案。
而浸没式和喷淋式液冷实现了100% 液体冷却,具有更优的节能效果;浸没式液冷散热节能优势明显,在超算、高性能计算领域取得了广泛应用。
液冷技术作为高新技术,覆盖多学科、多领域,技术壁垒高,目前国内外数据中心基础设施厂商液冷技术普及率尚较低,掌握该技术的企业较少。
国际市场中,主要厂商在液冷技术和产品方面还处于实验或初步应用阶段,市场中尚未形成较强龙头,市场竞争格局未定,且由于中国数据安全保护政策,国外厂商产品进入中国较为困难。
国内市场中,部分企业经过多年的技术积累和沉淀,已经展现出较为明显的技术在高密度数据中心领域。
曙光数创(中科曙光旗下)是国内最早实现冷板式液冷和浸没相变液冷技术大规模商用化部署的公司之一,阿里巴巴目前也已实现浸没单相液冷产品的部署;华为、浪潮目前实现商用的主要以冷板产品为主;广东合一、中国长城当前以喷淋式液冷产品为主;先发布的厂商还包括英维克、高澜股份、宁畅等。
国内代表厂商中曙光数创是浸没相变液冷领军企业,背靠国产算力龙头中科曙光。
在数据中心基础设施产品方面,曙光数创自2011年即确立了冷板和浸没两个液冷技术路线,并相继研发形成了冷板液冷数据中心基础设施产品-C7000系列和浸没相变液冷数据中心基础设施产品-C8000系列。截至2022年7月31日,公司已取得91项专利和27项软件著作权,其中发明专利31项。
2022年,浪潮信息发布全栈液冷产品,通用服务器、高密度服务器、整机柜服务器、AI服务器等四大系列均支持冷板式液冷,同时浪潮信息亚洲最大液冷数据中心研发生产基地-天池正式投产,年产能达到10万台,实现了业界首次冷板式液冷整机柜的大批量交付,整体交付周期在5-7天之内,助力数据中心绿色低碳发展。
浪潮将“All In液冷”纳入公司发展战略中:
英维克的Coolinside全链条液冷解决方案,采用端到端全链条自主技术,不但高效节能,能够充分满足服务器高热密度散热需求,而且全面系统地实现一站式服务,打破国外技术壁垒,使大规模应用成为现实。
英维克全链条液冷解决方案已实现单机柜200kW批量应用
在国际权威AI性能测试ML Perf中,宁畅的服务器在MASK R-CNN和U-Net3D两项AI场景测试中,连续两年获得世界第一。除了ML Perf测试,宁畅的R620 G40服务器通过了TPCx-AI基准测试验证,这是国内首例。此前,R620G40服务器也在SPEC(国际标准性能评测组织)的多个基准测试中获得9项世界第一。
阿里云在“第十六届中国IDC产业年度大典”上正式向业界发布行业首款单相浸没液冷解决方案—磐久Immersion DC 1000,将绿色液冷技术与极致算力平台结合,实现基础设施散热能力和服务器、网络设备高效融合并整体交付,整体能耗可下降34.6%,助力低碳绿色数据中心构建。
针对边缘数据中心部署,阿里云推出了液冷边缘集装箱解决方案:
华为发布FusionServer Pro全液冷系统解决方案,该智能服务器使用冷板式液冷,是面向IT设备高密部署,减少TCO投入,绿色节能,并有效提升运算效率的制冷解决方案,可以广泛应用于大学、公有云、企业等的计算业务。该方案采用密闭式全液冷机柜设计,全部的热量均由液冷带走,机房无需部署IT设备制冷空调。
华为FusionServer Pro全液冷系统解决方案使得机房无需部署制冷空调:
资料来源:华为官网
高澜股份可提供冷板式液冷服务器热管理解决方案、浸没式液冷服务器热管理解决方案以及集装箱液冷数据中心解决方案。#6月财经新势力#
部分厂商数据中心液冷布局情况:
未来,散热设备越来越贴近芯片等核心发热源是重要趋势,未来散热预计将从房间级、机柜级、服务器级向芯片级演进,通过散热部件与芯片表面直接接触实现更好的芯片散热。算力提升带来更高的服务器和芯片散热需求,有望带来服务器液冷需求高速发展。
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江苏雷利等六家公司涉足“液冷服务器”领域随着科技的飞速发展,数据中心的散热问题一直是业界的难题。但最近,江苏雷利、冰轮环境、华铭智能、新宙邦、祥鑫科技以及巨化股份这六家公司纷纷涉足“液冷服务器”领域,似乎预示着数据中心散热技术的重大变革。
这些公司究竟掌握了什么神秘技术?为什么都选择在近期公布自己的“液冷服务器”进展?难道说,他们掌握了解决数据中心散热问题的终极答案?
据同花顺数据显示,江苏雷利的液冷电子水泵已经在新能源商用车、储能柜等领域批量供应,同时公司的数据中心液冷电子水泵也在小批量送样,将逐步推向市场。这意味着,未来的数据中心可能将采用全新的液冷散热方式,极大地提高数据中心的运行效率和稳定性。
冰轮环境则通过其子公司顿汉布什,在数据中心温控系统方面有着丰富的经验。他们的“集成自然冷却功能的风冷螺杆机组”和“变频离心式冷水机组”更是入选了工信部《绿色数据中心先进适用技术产品目录》,显示出其技术实力和市场认可。
华铭智能的国创热管理业务也涉及到了液冷服务器热管理系统及部件,新宙邦的含氟冷却液则应用于数据中心浸没式冷却,祥鑫科技更是拥有热管理系统相关的产品,并熟练掌握液冷散热技术。而巨化股份的子公司生产的浸没式冷却液,更是为数据中心带来了全新的散热方式。
这些公司的涉足,无疑给数据中心领域带来了全新的变革。他们是否能成功引领数据中心散热技术的未来?我们拭目以待!
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