昨天我們介紹了什麼是根服務器？根服務器對網絡通訊的作用。今天，我們繼續解析《流浪地球2》中“泡在水裡的服務器——液冷”。

 1.什麼是數據中心？

這裡首先介紹下存儲服務器的地方——數據中心。在很多人看來，數據中心就是存儲服務器的機房，為機構、個人提供計算、存儲、安全等方面的全方位數據服務。在我國，提供數據中心服務的既有移動、電信、聯通這些傳統運營商，也有阿裡、騰訊、華為這些提供大型IT服務的企業。

數據中心的發展經曆了三個階段：

第一代的數據中心隻提供場地、帶寬等基礎托管服務，也就是租賃機房。

第二代的數據中心則是以增值服務和電子商務作為其服務的核心。

第三代的數據中心能夠提供融合的托管服務，可以實時地将互聯網信息、電話信息、傳真信息等集成在一起，再以客戶最容易接受的方式提供給客戶。這也是今天大家所熟知的IDC（互聯網數據中心，Internet Data Center）。

 2020年，“大數據中心”被列入“新基建”重點扶持領域，自此，我國數據中心産業進入快速發展階段，之後，發改委出台一系列政策，尤其是2021年7月出台《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》，2022年2月的“東數西算”工程，數據中心産業開始進入“高技術、高算力、高能效和高安全”的新型綠色數據中心高質量發展階段。

 2.數據中心散熱技術面臨挑戰

 數據中心的服務器是7*24小時工作，這種不間斷的工作狀态帶來的不僅是電力的消耗，更重要的是服務器如何有效散熱。

 主要挑戰如下：

1）在算力與AI驅動下，服務器設計功耗值都在不斷提高，進而導緻單機櫃功耗持續增長，2015到2020年典型機櫃的功率已經從約12千瓦上升到15千瓦左右，高功耗機櫃的功率也從32千瓦上升到 39千瓦左右（如下圖），急需有效散熱技術。

2）統計顯示， 2018年，全國數據中心總耗電量1500億千瓦時，達到了社會總用電量的2%，預計到2025年，占比将增加一倍，達到4.05%。

3）國家、地方、行業不斷出台越來越嚴苛的節能政策，例如2019年1月上海市經信委發布了指導意見，規定新建互聯網數據中心的PUE值嚴格控制在1.3以下，改建互聯網數據中心的PUE值嚴格控制在1.4以下，數據中心面臨降低PUE的政策挑戰。

 在此背景下，選擇高效的散熱技術迫在眉睫。

 3.數據中心散熱技術的選擇？ -風冷：

 顧名思義，風冷是用空氣作為媒介冷卻。例如外界的自然風，或是借助空調設備，使用風扇帶走散熱器所吸收的熱量。選擇風冷散熱，要麼數據中心需要建設在風力資源豐富的地方，例如阿裡在河北張北建設的數據中心，張北被稱為“風的故鄉”，這裡全年平均氣溫在2.3℃，一年裡大約有85%以上的天氣可以通過自然風來散熱，不需要依賴空調設備，大大節省了對電能的損耗。但是風冷對自然條件要求很高。

 -水冷：

 即采用水冷式冷水機組制冷系統進行服務器散熱。相比風冷式冷水機組制冷系統，節能20%左右。水循環制冷系統冷卻主要采用由冷卻塔、冷卻水循環泵、冷水機組、冷水循環泵組成的制冷系統進行制冷供冷。

但是水不是絕緣體，隻能通過間接接觸液體進行冷卻。如果漏水，則可能會對服務器等IT設備造成嚴重損壞，引起服務器宕機甚至終端的各類數據交易、應用。

 例如阿裡在千島湖的數據中心。千島湖年平均氣溫17度，深層湖水水溫常年恒定。在千島湖數據中心，深層湖水(35米以下的湖水)通過完全密閉的管道流經數據中心，幫助服務器降溫，再流經2.5公裡的青溪新城中軸溪，作為城市景觀呈現，自然冷卻後最終潔淨地回到千島湖。大大節約對電能和碳排放的消耗。

 -液冷：與風冷、水冷相比，液冷是一種革命性技術。

 液冷是指通過某種液體（例如水、氟化液或某種不導電的油）來替代空氣， 把CPU、内存條、芯片組、擴展卡等器件在運行時所産生的熱量帶走。

 液冷技術可以分為如下類别：冷闆（間接接觸），浸沒（直接接觸），風液混合。

以上三種液冷技術均可用于數據中心，可實現數據中心的PUE降低，那麼哪種液冷技術最适合推廣呢？

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 1）冷闆式液冷：間接接觸，采用液體作為傳熱工質在冷闆内部流道流動，通過熱傳遞對熱源實現冷卻的非接觸液體冷卻技術。其中，熱量通過裝配在需要冷卻的電子元器件上的冷闆，再通過冷闆與液體工質的熱交換實現的方式，稱為非接觸式液冷。

 相比于直接接觸的浸沒液冷，冷闆液冷：成本相對低，不改變客戶的使用習慣，硬盤、光模塊等部件與風冷一緻，運維模式、機房承重與風冷場景也基本一緻。

 例如電影《流浪地球2》中出現的“中科曙光”，主要提供冷闆液冷服務。

 2）浸沒液冷：直接接觸。直接浸沒式液冷數據中心又可分為雙相浸沒式液冷與單相浸沒式液冷。

雙相與單相浸沒液冷都是将服務器浸泡在不導電的液體中，冷卻液吸收IT設備的熱量升溫後經熱交換設施傳熱給冷卻系統，不同的是雙相浸沒是“汽-水換熱”，冷卻液吸收熱量後蒸發成汽态，經過容器上部的換熱器後冷凝成液态并回流到容器内，雙相浸沒是一種非常節能的冷卻技術，可将冷卻系統的能耗降到最低，但是因為需要将換熱器布置在容器的頂部并做成環形，當換熱器維護、更換或故障時，必須停止容器内IT設備的運行，難以做到可“在線維護”的高可用等級。

 單相浸沒是“液體-水”換熱，冷卻液吸收IT設備熱量後僅升溫（不發生相變），循環經換熱器散熱，較雙相浸沒雖然增加了液體循環泵，但是可将換熱器與容器進行分離，并做适度冗餘，可實現在線維護，滿足雲計算的連續性要求。另外從數據中心的規模應用角度，雙相浸沒由于汽态物質的存在，容器不得不按照壓力容器進行設計，壓力控制相對複雜，工程化難度高。

 可以看出，單相浸沒液冷易實現在線維護、壓力控制相對簡單，易工程化，适用于通用型雲計算與雲數據中心。單相浸沒液冷數據中心最重要的特征是同時實現高能效與高可用等級，數據中心整體可用性等級接近T4（相當于國标A級）。例如，阿裡選擇的“單相浸沒液冷技術”。