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正如生成式人工智能（AIGC）横空出世引爆算力需求，算力需求骤增也给数据中心建设发展带来更多挑战。算力需求有增无减，数据中心该如何接招？液冷技术打开了发展新思路。
需求驱动，高效节能成关注焦点
当前，我国数字经济正在转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段。伴随着新型应用日新月异，计算型节点、AI训练、超算等高算力业务需求持续推升芯片性能，服务器功率不断提高，企业纷纷在AI、智算领域提前布局。与此同时，在“双碳”目标提出的宏观形势下，政府部门对数据中心PUE（电能利用效率）的监管要求也不断提高。此前工信部发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》指出，到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下。
而制冷系统在典型数据中心中能耗占比达24%，因此在保证算力正常运转的前提下，只有通过降低数据中心能耗，才能达成节能目标下的PUE要求。在此背景下，能够提供高密度、高集成、低碳绿色数据中心解决方案的液冷技术崭露头角。
液冷技术利用液体较高的比热容和换热能力支撑更高功率散热，正在逐步成为新型制冷方式。目前，国家、地方及行业已推出多项相关政策引导液冷技术落地应用。2021年5月国家发展改革委、工信部等部门联合发布的《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》提出，“推动数据中心采用液冷、机柜模块化、余热回收利用等节能技术模式”。2023年3月，工信部等三部门印发的《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》指出，“数据中心相关设备和服务应当优先选用新能源、液冷、分布式供电、模块化机房等高效方案”。
与此同时，以液冷服务器、液冷存储、液冷机电设备为主建立的液冷数据中心呈现高速增长态势。2023年6月5日，IDC发布的《中国半年度液冷服务器市场（2022下半年）跟踪》报告显示，2022年中国液冷服务器市场规模达到10.1亿美元，同比增长189.9%。根据赛迪顾问统计，2022年中国液冷数据中心市场规模达到68.4亿元，未来三年将以超过25％的年均复合增长率快速增长。不仅如此，在算力需求和政策引导的共同作用下，模块化液冷产品、余热回收技术等将推动中国液冷数据中心市场持续快速发展。
技术路线基本成型，冷板式液冷仍居主流
液冷技术主要包括冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷三种。三种液冷技术方案对比如表1所示。
表1 冷板式、浸没式、喷淋式液冷技术方案对比
冷板式液冷是服务器芯片等高发热元件的热量通过冷板间接传递给液体进行散热，低发热元件仍通过风冷散热的一种方式。
浸没式液冷是服务器完全浸入冷却液中，全部发热元件热量直接传递给冷却液，通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变进行散热的一种方式。其中，冷却液循环流动的方式为单相浸没式液冷，冷却液蒸发冷凝相变的方式为相变浸没式液冷，相变浸没式液冷控制更复杂、要求更高。
喷淋式液冷是用冷却液直接喷淋芯片等发热单元，通过对流换热进行散热的一种方式。
就技术发展来看，在上述三种液冷技术中，冷板式液冷技术发展较早，目前冷板式液冷数据中心产品在市场上占比较高。而浸没式液冷是直接接触的制冷方式，相较于冷板式液冷，可以更大程度上利用液体的比热容特点，制冷效率更高，可有效降低数据中心PUE。
当前，市场需求以冷板式液冷、单相浸没式液冷为主。未来冷板式液冷仍是行业主流方案，浸没式液冷凭借更优的制冷效率，在数据中心基础设施中的比例将逐步提升。伴随着技术的演进发展，液冷还可能演进出更多新的发展方向。中信证券认为，液冷未来的发展方向将是端到端的数字化智能调节液冷系统。
产业加速布局，液冷设备市场竞争激烈
前瞻布局液冷“新赛道”，产业链上下游厂商已经纷纷入局。由于液冷数据中心产业链条长、细分领域宽，参与玩家较多。不仅如此，各细分领域的参与企业都在依据自身的核心优势逐步向相关领域渗透，构建自身的生态圈。
从产业生态来看，液冷技术产业可以划分为上中下游，其中包括产业上游的液冷基础设施提供商、产业中游的解决方案提供商以及产业下游的算力服务使用者。液冷产业图谱如图1所示。
图1 液冷产业图谱
伴随“双碳”目标和“东数西算”工程推进，绿色数据中心能效建设要求越来越高，产业链中游的服务器提供者仍旧是带动液冷产业发展的主力。2015—2018年，中科曙光、华为、浪潮信息、联想、阿里巴巴等一众国产厂商先后实现了液冷服务器大规模商业应用项目的落地，相应产业体系逐渐建立。就整体产业链来看，无论是上游的基础设备和设施提供商还是下游的应用服务使用者，各个环节的竞争主体均呈现丰富化、多元化，并且液冷的涉及领域也在扩大。
随着互联网、金融、能源等行业业务量的快速增长，其对液冷数据中心的需求量将会持续加大。科智咨询预计2025年互联网行业液冷数据中心占比将达到27.9%，金融行业将达到15.5%，电信行业将达到19.4%。除此之外，液冷技术还将逐渐应用于5G基站、个人或企业PC等非数据中心场景中，以降低能耗。
运营商持续加码，锚定液冷技术“主力军”
面对算力基础设施建设逐渐网络化、智能化、绿色化的趋势，在算力基础设施领域早已布局的运营商也逐渐加快液冷技术的推广和应用。数据中心是液冷技术的最大需求方，而运营商又占据全国数据中心最大的市场份额，其对于液冷技术的推广与应用将直接影响到液冷行业的发展。
近日，中国电信、中国移动、中国联通与液冷产业链相关企业联合发布的《电信运营商液冷技术白皮书》指出，未来新建的IDC均将全面推进液冷技术，目标是2024年开展规模测试，新建项目10%试点应用液冷技术，2025年开展规模应用，50%以上数据中心项目将采用液冷技术。这标志着液冷技术将成为未来运营商数据中心节能的主流技术。
目前三大运营商在液冷技术应用方面均已落地实践。
中国电信深入开展数据中心绿色低碳化建设，大力推进“要素升级、集成创新”，突出创新发展、低碳发展，积极开展液冷技术研究和试点试用。在数据中心液冷应用方面，中国电信在高密度机房开展试点应用，2018年3月，在中国电信广州数据中心开展冷板式液冷微模块试点工作，实测液冷微模块PUE值约为1.2，风冷微模块PUE值约为1.4，冷板式液冷节能效果明显。按照计划，中国电信于2023年将逐步在京津冀数据中心增设30个液冷服务器机柜。
中国移动针对冷板式液冷与浸没式液冷主动布局，按步骤、分阶段，积极在数据中心与5G基站等场所开展了液冷系统试点应用，对液冷技术的安全性、稳定性、节能性等进行测试验证。在前期探索阶段，2012年中国移动在南方基地开展“数据中心双通道散热关键技术及应用”研究；在先行试点阶段，2017年中国移动在呼和浩特组织热管水冷、两级热管和水冷冷板等三种冷板式液冷测试；在规模试点阶段，2023年中国移动在呼和浩特数据中心国家发展改革委绿色节能示范项目以及智算中心项目中启动液冷规模试点。
中国联通根据发展需求和IT设备单机功耗变化特点，积极响应国家绿色节能、低碳政策要求，主动开展液冷基础理论技术、产品设备、实际使用方面的研究交流，并结合实际进行液冷技术探索与应用。在数据中心试点应用方面，中国联通在德清云数据基地高功率机房，布局安装机柜32架，采用冷板式液冷，进出水温度为15℃/32℃，于2021年6月投产，目前已稳定运行近两年，制冷效果良好。
加强液冷技术布局，从侧面反映出运营商正在进行产业角色的转变。从传统意义上的单纯用户，转变成为液冷生态的主导者、设计者、构筑者。三大运营商目前已经找准未来发展路线，2023年将开展技术验证，充分验证液冷技术性能，降低PUE，储备规划、建设与维护等技术能力；2024年开展规模测试，推进液冷机柜与服务器解耦，促进竞争，推进产业生态成熟，降低全生命周期成本；2025年，开展规模应用，推动形成标准统一、生态完善、成本最优、规模应用的高质量发展格局。
总而言之，伴随数字经济发展逐渐迈入新阶段，液冷技术也因此迎来产业发展的新“风口”，但与此同时也面临新挑战，如行业生态尚未完善、液冷成本相对较高、产品规范化程度较低等。产业各方应凝聚共识、加强协作，坚持绿色低碳发展理念，在技术、产业、生态等方面攻坚克难，支撑数字经济不断做强做优做大。
*本文刊载于《通信世界》总第924期 2023年7月25日 第14期
原文标题：《算力“出圈”，PUE告急 液冷技术热度攀升》
作者：包建羽 程琳琳
责编/版式：王鹤迦
审核：舒文琼
监制：刘启诚
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