近年來，液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的遭遇可以用一個詞形容：又冷又熱。

技術(shù)冷：作為冷卻介質(zhì)，液體的冷卻效能遠遠高于空氣，所以在冷卻效果上比風(fēng)冷更“冷”一籌。

關(guān)注熱：隨著技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)環(huán)境、政策變化，液冷再度受到行業(yè)關(guān)注，且熱度持續(xù)增加。

產(chǎn)品熱：數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)上游的設(shè)備廠商對液冷熱情高漲，相關(guān)產(chǎn)品與研發(fā)層出不窮，產(chǎn)業(yè)下游的云廠商們也開展了不同程度的技術(shù)探索。

應(yīng)用冷：產(chǎn)業(yè)中游的數(shù)據(jù)中心對液冷態(tài)度謹慎，尚無數(shù)據(jù)中心企業(yè)宣布液冷規(guī)?；渴鹩媱潯?/span>

液冷為何突然在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域熱起來？產(chǎn)業(yè)“冷”“熱”差別的原因何在？液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用離爆發(fā)還有多久？筆者試為你梳理解析這些問題，并給出個人判斷。

液冷非一日之寒  計算愈來愈熱

展開討論前，先明確液冷的定義：液冷是使用液體作為熱量傳輸?shù)拿浇?，為發(fā)熱部件換熱帶走熱量，傳遞到遠處再進行冷卻，實現(xiàn)散熱的技術(shù)。 

相較于風(fēng)冷以空氣為冷卻媒介，通過風(fēng)扇和壓縮制冷，液體的比熱容遠高于空氣，單位體積熱容量是風(fēng)冷的1000倍以上，熱量傳導(dǎo)效率更高。

液冷與風(fēng)冷相關(guān)性能對比 

這一原理很早就被發(fā)現(xiàn)，并被最早應(yīng)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的散熱，至今被使用的“冷板”一詞據(jù)說就來源于阿波羅登月計劃，將液冷用于宇航員體溫控制。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，液冷始終與計算產(chǎn)生的熱量緊緊聯(lián)系在一起。

萌芽：

上世紀60~90年代，數(shù)據(jù)中心還被稱為“機房”，采用集成電路的大型主機進行高速數(shù)據(jù)處理時有過熱宕機的風(fēng)險，以IBM為首的廠商研發(fā)了液冷系統(tǒng)應(yīng)用在大型主機，并取得顯著效果，其中就包括著名的IBM360/91型計算機。

遇冷：

計算技術(shù)的迭代，使得液冷隨后“遇冷”。

上世紀末，隨著超大規(guī)模集成電路取代晶體管，在計算效率提升的同時，計算機和芯片產(chǎn)生的功耗、熱量斷崖式下跌，風(fēng)冷的散熱效率足以滿足。在成本、安全顧慮、部署簡易性等因素影響下，風(fēng)冷超越液冷成為數(shù)據(jù)中心的主流散熱技術(shù)。

興起：

高密度計算興起，液冷再受青睞。

后摩爾定律時代，芯片功耗與服務(wù)器功耗逐步上升，數(shù)據(jù)中心單機柜功率密度也不斷增大， 2020年數(shù)據(jù)中心平均機柜功率已增長至8.5KW，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱在換熱性能及能耗上面臨瓶頸。業(yè)內(nèi)普遍認為，傳統(tǒng)風(fēng)冷已經(jīng)無法滿足高密度計算的發(fā)展需求，正如中國信通院云大所所長何寶宏表示“再大的風(fēng)也吹不冷滾燙的‘芯’了”。

因此，液冷于近年來再度進入數(shù)據(jù)中心視野，逐漸受到業(yè)界關(guān)注。

液冷數(shù)據(jù)中心：更好散熱 更低能耗

時移世易，面對當(dāng)前計算技術(shù)與散熱需求，在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用液冷技術(shù)的優(yōu)勢正日漸顯現(xiàn)。

首先是散熱效率。據(jù)綠色網(wǎng)格研究，每機柜 15-25 kW的功率密度是“未使用背板換熱器等其他制冷設(shè)備”的風(fēng)冷解決方案上限，而液冷系統(tǒng)可以支持的機柜功率是兩倍以上，甚至可以擴展到單機架超100kw。液冷可以支持數(shù)據(jù)中心高功率的散熱，提高換熱效率，且能減少服務(wù)器散熱熱點，有效抑制元件內(nèi)部溫度的瞬間提升，延長芯片壽命。

傳統(tǒng)高耗能風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心各部分能耗占比

其次節(jié)能降耗。與傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷系統(tǒng)耗電量方面約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省電量30\%-50\%。要知道，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，制冷系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心整體能耗的40\%以上。數(shù)據(jù)中心使用液冷可有效降低能耗，提高能源利用效率，降低PUE值和電力成本。

第三，提高計算密度，減少風(fēng)扇震動噪音。相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷，液冷數(shù)據(jù)中心去掉了空調(diào)系統(tǒng)和對應(yīng)的風(fēng)冷基礎(chǔ)設(shè)施，也不需要設(shè)置冷暖通道，節(jié)省了大量空間可以容納更多服務(wù)器，提高計算密度和可銷售空間。不同液冷方式可減少或避免風(fēng)扇的使用，有效降低震動和機房噪音，而震動會直接影響IT系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。

綜合來看，數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)，既契合了計算的未來高功率趨勢，滿足服務(wù)器芯片散熱需求，又能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗，正愈發(fā)受到數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。

產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新不斷 上游設(shè)備廠商踴躍

近些年，很多企業(yè)展開液冷在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的研發(fā)，形成了多種部署方式和產(chǎn)品。

部署最多、服務(wù)器不直接接觸液體，不需要對數(shù)據(jù)中心機房進行重新改造的冷板式液冷。

將發(fā)熱器件完全浸沒在冷卻液中，散熱效率更高，實施難度更大需要對機房其他系統(tǒng)改造的浸沒式液冷。

別具一格，將冷卻液直接噴淋到發(fā)熱器件表面進行熱交換的噴淋式液冷。

不同液冷方式、代表產(chǎn)品及廠商，筆者一年前曾撰文《泡澡、淋浴、冷氣片——數(shù)據(jù)中心液冷模式與應(yīng)用一覽》。

阿里云在IDCC大會現(xiàn)場展示的浸沒式液冷模塊

時隔一年，液冷在數(shù)據(jù)中心的熱度更盛，各大設(shè)備廠商紛紛發(fā)力，有的首度推出液冷產(chǎn)品，有的將液冷上升為發(fā)展戰(zhàn)略，上游產(chǎn)品、解決方案頻出，各有側(cè)重：

去年12月的“第十六屆中國IDC產(chǎn)業(yè)年度大典”上，專注浸沒式液冷進行多年自主研發(fā)的阿里云正式向業(yè)界發(fā)布行業(yè)首款單相浸沒液冷解決方案——磐久液冷一體機系列Immersion DC 1000。據(jù)阿里云數(shù)據(jù)，該解決方案可在全球任何氣象區(qū)域部署并可輕松實現(xiàn)極致PUE1.09。

2022年初，浪潮信息將“All in液冷”寫入公司戰(zhàn)略，全棧布局液冷，實現(xiàn)了全產(chǎn)品線支持冷板式液冷。浪潮信息表示，可以實現(xiàn)液冷從核心部件到整體解決方案全覆蓋，提供液冷數(shù)據(jù)中心從規(guī)劃咨詢到設(shè)計施工的全生命周期交付。

2022年初，寧暢推出了新系列液冷服務(wù)器，該系列包含高密度、通用機架等多品類產(chǎn)品，可適用于眾多IT應(yīng)用場景。隨后在液冷服務(wù)器基礎(chǔ)上，推出全系統(tǒng)定制液冷方案，實現(xiàn)從需求梳理、架構(gòu)設(shè)計、機房部署到運維服務(wù)的全系統(tǒng)定制。

2022年4月，新華三發(fā)布新一代冷板式液冷系統(tǒng)解決方案。該液冷系統(tǒng)由H3C UniServer R4900LC G5 液冷服務(wù)器、42U通用機柜、分布式CDU等部件組成，通過了中國計量科學(xué)研究中心的能源計量認證，夏季模式PUE可達1.047，整機全年平均PUE1.042。

今年下半年，科華數(shù)據(jù)陸續(xù)發(fā)布多款數(shù)據(jù)中心液冷產(chǎn)品：科華數(shù)能S3液冷儲能系統(tǒng)、針對邊緣計算中心和中小型中心節(jié)能改造的抽屜式水-風(fēng)液冷CDU、板式液冷微模塊數(shù)據(jù)中心。該微模塊數(shù)據(jù)中心冷循環(huán)系統(tǒng)采用機柜式CDU-300KW，散熱量可達300KW。

……

可以看出，過去一年中，數(shù)據(jù)中心液冷產(chǎn)品更加豐富，技術(shù)進一步加強，商業(yè)化進程加速。

顧慮幾重 數(shù)據(jù)中心觀望

如果只是一篇普通文章，寫到這里，得出“數(shù)據(jù)中心液冷形勢一片大好”的結(jié)論就足夠了。

然而，筆者梳理過近兩年來數(shù)據(jù)中心液冷領(lǐng)域的動作后發(fā)現(xiàn)，大部分來自產(chǎn)業(yè)上游的設(shè)備廠商，服務(wù)器、CDU（數(shù)據(jù)中心液冷分配裝置）、TANK（機柜液冷柜）、CPU/GPU、冷卻液、整體解決方案，尤以服務(wù)器廠商為甚。產(chǎn)業(yè)下游，也僅有以阿里云為首的幾家云廠商，基于自身業(yè)務(wù)需求和技術(shù)先進性等因素，進行液冷研發(fā)與部署。

這其中，少了最不可或缺的產(chǎn)業(yè)中游——數(shù)據(jù)中心企業(yè)的身影。

據(jù)筆者了解，相較于上游廠商的踴躍態(tài)勢，僅個別企業(yè)按客戶需求提供了機房改造部署，大部分數(shù)據(jù)中心對液冷仍持觀望態(tài)度：認可液冷的散熱與節(jié)能優(yōu)勢，會主動了解液冷產(chǎn)品、技術(shù)細節(jié)，在內(nèi)部做學(xué)習(xí)或小型探索，但無公開的大規(guī)模液冷部署行動和計劃。

筆者收集了數(shù)據(jù)中心對液冷技術(shù)的諸多顧慮：

可靠性。數(shù)據(jù)中心第一要務(wù)是保障業(yè)務(wù)連續(xù)性，浸沒和噴淋式會直接接觸電子器件，是否會出現(xiàn)器件腐蝕情況，包括冷板式在內(nèi)，冷卻液泄露怎么辦，服務(wù)器功能和使用壽命是否會受影響，液冷技術(shù)的可靠性是數(shù)據(jù)中心、用戶的最大擔(dān)憂。

部署難度。液冷不僅僅改變制冷系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等都要隨之改變，新建數(shù)據(jù)中心從設(shè)計到建設(shè)、調(diào)試運維都與此前不同，此前項目經(jīng)驗等無法復(fù)用，周期長難度大。存量數(shù)據(jù)中心的承重、管路等設(shè)計因循傳統(tǒng)機架，如果進行液冷部署改造，同樣會帶來新增成本、部署難度問題。

運維與售后。無論冷板、浸沒還是噴淋，液體進入到IT機柜內(nèi)部，給建設(shè)、測試和運維帶來新的挑戰(zhàn)，目前缺乏成熟的運維經(jīng)驗和標準化要求。此外，有數(shù)據(jù)中心提出，液冷的服務(wù)器等產(chǎn)品售后維修政策也尚不成熟。成本。雖然液冷能耗低所以數(shù)據(jù)中心OpEx降低，但前期CapEx明顯高于風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心。哪怕忽視液冷服務(wù)器、CDU等設(shè)備的價格，單冷卻液價格也并非小數(shù)目，阿里云就曾對外表示“使用的冷卻液價格堪比茅臺”。除去上述疑慮，數(shù)據(jù)中心對液冷“謹慎”的最根本原因，在于液冷的市場接受度——數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)、電商、視頻、金融等用戶大多尚不接受液冷。液冷主流成必然爆發(fā)尚欠一陣風(fēng)。

提高新技術(shù)的接受度是一個漫長的過程，如今政策為液冷按下了快進鍵。由于用電量大，社會普遍將數(shù)據(jù)中心定義為高耗能產(chǎn)業(yè)，隨著“2030年碳達峰、2060年碳中和” 戰(zhàn)略目標提出，數(shù)據(jù)中心面臨的能耗限制愈來愈嚴。2021年7月，工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》要求：“到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區(qū)力爭降低到1.25以下?！?021年12月，發(fā)改委等四部門發(fā)布的《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》表示“新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率不高于 1.3，逐步對電能利用效率超過 1.5 的數(shù)據(jù)中心進行節(jié)能降碳改造。”中央及各級主管部門政策對數(shù)據(jù)中心PUE考核提出更嚴要求，各地能評指標持續(xù)收緊，數(shù)據(jù)中心面臨前所未有的能耗和散熱挑戰(zhàn)。多位數(shù)據(jù)中心企業(yè)高管向筆者表示，上述政策的出臺，使得“液冷成為必然”，嚴格政策限制下“數(shù)據(jù)中心要想合規(guī)，PUE值再繼續(xù)往下降，只能靠液冷了?！?/span>過去一年以來，雙碳政策助推下，液冷技術(shù)的研發(fā)投入加大、產(chǎn)品和技術(shù)成熟度不斷提高，液冷在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展前景毋庸置疑。但要想實現(xiàn)液冷在數(shù)據(jù)中心的爆發(fā)，不僅僅欠缺全產(chǎn)業(yè)的共同努力，欠缺更多行業(yè)標準的制定與完善，還差一場風(fēng)，一場擁有最強驅(qū)動力的風(fēng)——市場需求。從萌芽到如今再度興起，液冷的發(fā)展始終源于計算的散熱。如今政策、技術(shù)條件都已經(jīng)具備，當(dāng)下一波海量數(shù)據(jù)計算爆發(fā)式增長，帶動市場對數(shù)據(jù)中心的需求爆發(fā)時，液冷才將真正迎來在數(shù)據(jù)中心的爆發(fā)。這個時間或許是兩年后、四年后，又或許，很快來臨。

| 文章來源：中國IDC圈

【專欄】IDC市場研究報告

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