液冷服務器，助力綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)

  在當前“東數(shù)西算”時代背景下，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)幾何級增長，作為“動力源”的數(shù)據(jù)中心，其計算、存儲和網(wǎng)絡資源的性能不斷提升，密度也在不斷變大，隨之而來的是單位空間內(nèi)功耗的增加；而在節(jié)能減排需求的驅(qū)動下，通信領(lǐng)域?qū)?A href="http://m.odinmetals.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%95%b0%e6%8d%ae%e4%b8%ad%e5%bf%83&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的要求越來越嚴格。

  算力的增長帶來硬件能耗的攀升，在保證算力運轉(zhuǎn)的前提下，只有通過降低數(shù)據(jù)中心輔助能源的消耗，才能達成節(jié)能目標下的PUE（Power Usage Effectiveness）要求。典型數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)能耗占比達到24%以上，是數(shù)據(jù)中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統(tǒng)能耗能夠極大促進PUE的降低。

  液冷技術(shù)是中興通訊打造極致PUE、助力綠色數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵路徑之一。中興通訊已推出全液冷系統(tǒng)解決方案，由室外冷源、液冷服務器機柜、CDU（Coolant Distribution Unit）、EDU（External cooling system Distribution Unit）四部分組成（見圖1）。

圖1   液冷系統(tǒng)架構(gòu)

  整個系統(tǒng)包含兩個熱量傳遞路徑：其一，液冷服務器內(nèi)主要發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量經(jīng)液冷板傳遞給二次側(cè)工質(zhì)，二次側(cè)工質(zhì)在二次側(cè)水泵的驅(qū)動下進入板式換熱器，換熱器內(nèi)二次側(cè)工質(zhì)將熱量傳遞給一次側(cè)工質(zhì)，一次側(cè)工質(zhì)在一次側(cè)水泵的驅(qū)動下進入閉式冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)一次側(cè)工質(zhì)與室外空氣進行換熱，完成散熱循環(huán)；其二，室內(nèi)空氣在風機的驅(qū)動下帶走液冷服務器內(nèi)次要發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量，之后空氣經(jīng)過液冷背門將熱量傳遞給一次側(cè)工質(zhì)，一次側(cè)工質(zhì)在一次側(cè)水泵的驅(qū)動下進入閉式冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)一次側(cè)工質(zhì)與室外空氣進行換熱，完成散熱循環(huán)。

  中興通訊自研高性能液冷服務器采用雙路Intel XEON高性能CPU、32根內(nèi)存條，可應用于大規(guī)模數(shù)據(jù)計算與存儲場景，關(guān)鍵部件包含：液冷工質(zhì)、液冷板、流體連接器、液冷管路以及漏液檢測裝置等。

  液冷工質(zhì)

  二次側(cè)液冷工質(zhì)是IT液冷方案設(shè)計中首先需要確定的部分，直接影響液冷系統(tǒng)的設(shè)計方案、工作環(huán)境、可靠性、維護方式等。選型過程中需要考慮工質(zhì)熱物性（密度、粘度、比容、導熱系數(shù)等）、兼容性（金屬、非金屬）、成本和可獲取性等多種因素的綜合影響。中興通訊液冷服務器選用了水基溶液，如去離子水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液等，并配合具有一定緩蝕、殺菌、阻垢功能的化學藥劑使用，在保證可靠性的同時，兼具高性價比。

  液冷板

  服務器液冷板設(shè)計需滿足定制化和通用性，首先液冷板設(shè)計需要根據(jù)單板芯片和芯片布局進行芯片冷板和管路布局設(shè)計，具有一定的定制化特性，其次在定制化結(jié)構(gòu)設(shè)計中應盡量保證內(nèi)部零件的通用性，如芯片冷板內(nèi)部流道、外形尺寸，以及液冷板進出口組件結(jié)構(gòu)盡可能一致，以降低成本。液冷板的選型還需要結(jié)合實際功耗、工作壓力、流速等條件，綜合考慮冷板材質(zhì)、工藝等。

  同時，為了提升節(jié)能效果，IT設(shè)備應盡可能提高冷板板式液冷占比。中興通訊自研液冷服務器支持不同的液冷解決方案，如CPU液冷、CPU+內(nèi)存條液冷，以及CPU+內(nèi)存條散熱+VR液冷，冷板液冷占比最高可達80%以上，滿足不同的制冷需求。

  流體連接器

  流體連接器主要用于液冷散熱系統(tǒng)環(huán)路中各部件間的快速連接和斷開。選型要點包括工作流量、溫度、壓力、介質(zhì)、殼體材料、流阻特性、顏色標識、安裝方式、接口形式等多方面因素。現(xiàn)階段，中興通訊自研液冷服務器產(chǎn)品選擇了業(yè)界主流的UQD（Universal Quick Disconnect）系列流體連接器，促進行業(yè)標準化進程，滿足最終用戶兼容替代需求。

  分液器

  分液器安裝在IT設(shè)備液冷機柜內(nèi)，起到流量分配作用，將系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)分配到各個IT設(shè)備節(jié)點，在液冷板內(nèi)換熱后將熱量帶出到主水管路。其設(shè)計選型需要考慮流量分配一致性，并根據(jù)結(jié)構(gòu)空間、充注量和機柜總重量綜合考慮分液器的體積。

  液冷軟管

  液冷管路是循環(huán)工質(zhì)流通通路，參與整個液冷系統(tǒng)的流量-流阻分配，同時為外接液冷設(shè)備提供簡便的轉(zhuǎn)接接口。液冷管路選型需要考慮材料兼容性、流速、管路布置、安裝方式、流量分配設(shè)計以及可靠性方面的要求。

  漏液檢測裝置

  漏液檢測采用節(jié)點級和整柜級智能監(jiān)控漏液檢測技術(shù)，及時告警，快速處理。主板提供了液冷方案漏液偵測接口，可快速識別泄漏情況，提供漏液檢測秒級精細化告警，并支持應急下電動作。

  液冷技術(shù)實現(xiàn)全年自然冷卻，除制冷系統(tǒng)自身的能耗降低外，采用液冷散熱技術(shù)有利于進一步降低芯片溫度，帶來更高的可靠性和更低的能耗，整機能耗預計可降低約5%。液冷數(shù)據(jù)中心PUE可降至1.2以下，每年可節(jié)省大量電費，在確?！皷|數(shù)西算”數(shù)據(jù)運輸“大動脈”的暢通和高效前提下，更加綠色節(jié)能。

  作者：中興通訊 范皓龍