政策與經濟
浸沒液冷—高功率場景散熱需求終結者
2024-12-09 09:07:00
中華網
在當代科技界，特別是在人工智能和新能源等技術領域，技術進步正以空前的速度迅猛發展。這些領域技術發展的顯著特征是設備功率的不斷提升和體積的逐漸縮小，從而使得散熱挑戰日益嚴峻。隨之而來的是散熱技術的不斷創新，從傳統的風冷到冷板液冷，再到近年來復興的浸沒式液冷技術。
展望未來，浸沒式液冷技術有望成為散熱領域的主流。以下因素預示著這一趨勢：
人工智能技術的核心在于大規模數據處理和復雜算法運算，導致IT設備運算量激增，功率顯著提高。例如，NVIDIA最新發布的B200單顆GPU芯片功率已達到1000W。這種高功率密度帶來了散熱難題，因為過高的溫度會嚴重影響IT設備的性能和穩定性，甚至可能導致硬件損壞。因此，迫切需要更高效的散熱解決方案。新能源汽車和汽車充電設備等領域也面臨著類似的挑戰。
在國家的科技發展戰略規劃中，對人工智能的發展給予了高度重視和積極推動。近年來，政府相繼頒布了一系列政策，旨在促進數據中心和智算中心的建設，以增強我國在人工智能領域的競爭力和創新能力。
伴隨數據中心規模的持續擴張及能耗的顯著上升，國家對數據中心和智算中心機房的建設標準提出了更為嚴格的要求。特別是，電能利用效率（PUE值——即數據中心總體能耗與IT設備能耗之比，該值越接近1表明能源利用效率越高）已成為評估數據中心能效的關鍵性能指標。根據當前的國家政策，新建數據中心的PUE值普遍需控制在1.3以下，某些地區更是提出了將PUE值降至1.2甚至1.1的更高要求。這一政策導向激勵了數據中心行業積極探索更為節能高效的散熱解決方案，從而為浸沒液冷技術的廣泛采納和應用創造了政策機遇。
風冷作為傳統的散熱方式，在面對日益增長的IT設備散熱需求時其局限性越來越明顯。當單CPU功率超過300W時，風冷系統無法有效地將熱量散發出去，導致CPU溫度過高，進而出現降頻現象，嚴重影響設備的性能。在整機柜功率達到15kW以上時，風冷系統同樣也會力不從心了。
在高端功率應用場景中，風冷技術的逐步淘汰為液冷技術的高速發展提供了空間。得益于其相對較低的前期成本和較為成熟的產業鏈支持，冷板液冷技術在液冷技術路線的競爭中取得了先機，進入快速發展階段。然而，其快速發展亦暴露出若干問題：
一是節能效率提升需求。盡管冷板液冷技術在某些方面優于風冷技術，但其節能效率仍有提升空間。該技術的最低PUE值僅能降至1.2，與國家政策標準和行業發展趨勢相比，存在顯著差距。以中等規模的數據中心為例，采用PUE值為1.2的冷板液冷系統，相較于采用PUE值為1.1的高效散熱技術（如浸沒液冷）的數據中心，每年在電力成本上的額外支出可能高達數十萬元人民幣。
二是成本考量。冷板液冷系統的總體成本相對較高，一方面，冷板的設計、制造和安裝需要專業的技術支持和設備，導致初期投資成本增加。據行業分析數據，冷板液冷系統的初始投資成本較傳統風冷系統高出30%-50%。另一方面，該系統的維護復雜，需要定期檢查冷卻液的泄漏情況和冷板的散熱性能，成本將會進一步增加。
三是安全性評估。第一、業務連續性安全，冷板液冷系統若發生冷卻液泄漏或冷板故障，可能導致服務器局部過熱或短路，今年已有多起因冷卻液泄漏導致的數據中心故障事件發生。第二、供應鏈安全，冷板液冷技術屬于定制化液冷解決方案，對服務器的匹配度要求嚴格。一旦系統安裝完畢，服務器與冷板液冷系統之間形成緊密的依賴關系。若需更換供應商，不僅需重新進行兼容性測試，還可能面臨技術改造的挑戰，這對數據中心的供應鏈穩定性構成潛在威脅。第三、 消防安全，隨著數據中心、鋰電池、充電設備等功率密度的提升，安全風險相應增加。在消防安全風險方面，冷板液冷系統仍未能提供有效的安全保障。
經過長期的積累和實踐，近兩年浸沒式液冷技術取得了突破性進展，不管是技術還是成本上，都達到了大規模實用的條件。其中，杭州京工電科技有限公司是典型的代表，其自研的浸沒液冷具有非常優良的物理和化學屬性，可以兼容各類IT設備、鋰電池以及新能源充電設備等。更重要的是，他們的冷卻液在價格方面也已掃清了大規模商業推廣的障礙。
浸沒液冷方案是將服務器、鋰電池等硬件完全浸沒在特制的冷卻液中，冷卻液通過循環的方式將熱量帶走，然后通過熱交換模塊將熱量傳遞給外部環境。這種散熱方式具有諸多優勢：
一是高效散熱：浸沒液冷技術通過與發熱元件的直接接觸，極大提升了熱傳遞效率。在數據中心應用中，能夠從容應對單CPU功率1000W以上、整機柜功率30kW以上的散熱需求。在新能源汽車充電樁領域，更能適應兆瓦級的超快速充電需求。
二是顯著節能：得益于其高效的散熱能力，浸沒液冷技術顯著降低了數據中心的PUE值。京工電科技已實現將數據中心的PUE值降至1.1以下，極大提升了運營效率。在充電樁應用中，通過將充電模塊浸入冷卻液，實現了97.6%的整機功率轉換效率，據公開數據顯示，這一轉換效率是行業內最高的。
三是成本控制潛力：PUE值從1.3降至1.1以下，意味著機房IT設備之外的功耗從總功率的30%降至10%以內，相應地，散熱系統和供電系統的需求減少了三分之二，整體成本顯著降低。
四是安全性保障：設備安全方面，浸沒液冷的冷卻液通常具備良好的阻燃性和化學穩定性，顯著降低了火災風險。此外，系統的封閉性可有效減少外部因素導致的故障風險，確保業務的連續安全運行。在供應鏈安全方面，浸沒液冷系統的通用性強，供應商切換相對便捷，不會對數據中心供應鏈帶來任何風險。
綜上所述，在人工智能、新能源的發展導致各類設備散熱需求劇增的背景下，業務、政策、需求以及浸沒液冷本身技術的發展，已經使得浸沒液冷技術開始在熱管理領域重新嶄露頭角，并逐漸接管熱管理的未來，成為數據中心、智算中心、新能源等眾多領域熱管理方向的高競爭力技術方案，將對整個IT、新能源、電池等領域的可持續發展產生深遠影響。
京公網安備 11010802020613號
