近年來，隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模不斷擴大，導致機房單位面積功耗居高不下，對數(shù)據(jù)中心散熱制冷技術提出了更高的要求。同時，根據(jù)國家對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能要求，全國范圍內(nèi)新建數(shù)據(jù)中心要求PUE（Power Usage Effectiveness，電源利用效率）＜1.2，而傳統(tǒng)的風冷制冷方式已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)中心的散熱需求，更加高效的液冷方案應運而生。特別在人工智能領域，隨著智算需求的爆發(fā)，液冷方案已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的首選。

1液冷VS風冷

液冷，是利用液體介質(zhì)冷卻發(fā)熱器件，達到制冷目的。風冷，是利用空氣與發(fā)熱器件換熱，達到制冷目的。 數(shù)據(jù)中心中液冷技術有直接式和間接式液冷兩種，其中直接式又分為浸沒式和噴淋式兩種。

冷板式液冷：好比睡涼席，通過冷板貼在發(fā)熱器件上為發(fā)熱器件散熱。

浸沒式液冷：好比泡冷水澡，發(fā)熱器件完全“泡”在冷卻液中并通過直接接觸熱交換。

噴淋式液冷：好比沖淋浴，通過噴淋冷卻液方式為發(fā)熱器件散熱。

數(shù)據(jù)中心風冷技術有多年的技術演進過程，發(fā)展出了機械式風冷、冷凍水、間接蒸發(fā)等技術。

機械式風冷：通常用于機房精密空調(diào)，主要通過壓縮機機械做功改變制冷劑的狀態(tài)來制冷。

冷凍水制冷：在機械風冷式制冷基礎上，疊加了冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)實現(xiàn)制冷，提高了制冷量。

間接蒸發(fā)制冷：通過非直接接觸式換熱器，實現(xiàn)外部自然冷風與數(shù)據(jù)中心熱回風進行熱交換，利用了自然冷卻提高制冷效率。

由于液冷在制冷效率上的先天優(yōu)勢，配置有液冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心，在PUE和WUE（Water Usage Effectiveness，水資源使用效率）關鍵能源效率指標上，都具有優(yōu)勢。

PUE：PUE是衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的核心指標，表示數(shù)據(jù)中心總能耗與其IT設備能耗之比。液冷系統(tǒng)中沒有風冷系統(tǒng)中的壓縮機、風機等高耗電器件，冷卻液體可以直接對設備高溫器件（GPU、CPU等）進行散熱，從而降低PUE。

WUE：WUE是衡量數(shù)據(jù)中心水資源效率的指標，如0.8 L/kWh表示為每消耗1度電同時消耗0.8升水。液冷系統(tǒng)通過冷卻水高效循環(huán)制冷，對比間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)通過蒸發(fā)噴淋消耗大量水資源，液冷對水資源的依賴程度更低。

液冷與風冷指標對比：

2為什么選擇液冷

液冷作為數(shù)據(jù)中心高功率密度散熱場景的優(yōu)先選項，主要有兩方面原因：一方面是由于液體的高導熱和高比熱容特性，液冷技術相對于傳統(tǒng)空氣制冷技術，具有更高的散熱效率；另一方面是液冷系統(tǒng)僅需要水泵等少量耗能元件，能夠顯著降低PUE。

高導熱性

導熱性指的是材料傳遞熱量的能力，液體通常比空氣具有更好的導熱性，能夠更快地從熱源吸收并傳導熱量。水的導熱性大約是0.6 W/m·K，空氣的導熱性只有0.025 W/m·K。當設備發(fā)熱時，液冷系統(tǒng)中的液體能夠迅速吸收熱量并將其帶走，而空氣制冷則需要更多時間來進行熱量交換。

高比熱容

比熱容是指物質(zhì)吸收或釋放的熱量與其溫度變化之間的比值，熱容越大，物質(zhì)就能存儲更多的熱量，而不容易升溫。水的比熱容大約是4.18 J/g·K，空氣的比熱容大約是1.00 J/g·K。設備在長時間內(nèi)持續(xù)工作，液冷系統(tǒng)也能更穩(wěn)定地調(diào)節(jié)溫度。

系統(tǒng)功耗低

在實際工程應用中，液冷系統(tǒng)中沒有壓縮機、風機等高耗電器件，僅需要水泵、傳感器等少量耗電器件，能夠顯著降低PUE。

各種制冷技術可以實現(xiàn)的PUE范圍參見下表。

說明 實際PUE值可能會受到多種因素的影響，包括地理位置、氣候條件、數(shù)據(jù)中心設計等。

由上表可見，使用液冷技術進行制冷，是實現(xiàn)PUE＜1.2節(jié)能要求的必須路徑。

3數(shù)據(jù)中心液冷方案

目前液冷技術在數(shù)據(jù)中心的實際應用中，以冷板式液冷最為廣泛。ZTE中興提供先進的數(shù)據(jù)中心冷板式液冷解決方案，集成室外冷源、EDU（External Distribution Unit，外部分配單元）、CDU（Cooling Distribution Unit，冷量分配單元）、液冷機柜等關鍵設備。具備以下優(yōu)勢：

全鏈條：從服務器到基礎設施的端到端解決方案，覆蓋設計、交付、運維全過程。

全控制：對液冷和風冷設備統(tǒng)一管理，系統(tǒng)級調(diào)優(yōu)，實現(xiàn)節(jié)能最優(yōu)。

全場景：適配新建、改造數(shù)據(jù)中心場景，滿足不同建筑形式和不同機柜規(guī)模需求。

全地域：擺脫地域氣候條件限制，安全可靠。

ZTE中興冷板式液冷系統(tǒng)架構如下圖。

室外冷源：通常為閉式塔或干冷器，是液冷系統(tǒng)的外部冷量輸入來源。

EDU：EDU是液冷系統(tǒng)一次側(cè)的循環(huán)動力源，機組由水泵、過濾器、管路組件、傳感器、配電控制箱等主要部件以及穩(wěn)壓裝置（選配）、自動補液裝置（選配）等輔助功能模塊組成。EDU主要功能是為一次側(cè)工質(zhì)提供循環(huán)動力，同時可集成冷卻塔的配電與控制，實現(xiàn)對一次側(cè)系統(tǒng)溫度、壓力、流量的統(tǒng)一監(jiān)控。

CDU：CDU是液冷系統(tǒng)中的核心設備，機組由液-液換熱器、水泵、管路組件、傳感器、配電控制箱等主要部件以及過濾器、穩(wěn)壓裝置、自動補液裝置等輔助功能模塊組成。液冷CDU作為冷板式液冷系統(tǒng)二次側(cè)的循環(huán)換熱中心，其主要功能是為二次側(cè)工質(zhì)提供再冷卻和循環(huán)動力，并對整個二次側(cè)系統(tǒng)進行集中控制。

液冷機柜：為液冷系統(tǒng)定制的服務器機柜，適配19英寸或21英寸IT設備（服務器、交換機）。機柜由機柜結構件、manifold（分集水器）、液冷軟管、流體連接器、供電單元及管理單元等組成。

一/二次側(cè)管路：包括管路和相應閥門，管路采用環(huán)網(wǎng)結構。一二次側(cè)管路連接起室外冷源、CDU、EDU和液冷機柜，將冷卻液輸送到需要熱交換的設備中。

近日，國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布了最新的《中國半年度液冷服務器市場（2024下半年）跟蹤》報告，數(shù)據(jù)顯示中國液冷服務器市場在2024年繼續(xù)保持快速增長，市場規(guī)模達到23.7億美元，與2023年相比增長67.0%。其中，冷板式解決方案市場占有率進一步提高。IDC預計，2024-2029年，中國液冷服務器市場年復合增長率將達到46.8%，2029年市場規(guī)模將達到162億美元。

在工信部發(fā)布的2024年第28號文件中，正式發(fā)布了由中興通訊股份有限公司參與編寫的YD/T 6049-2024《冷板式液冷整機柜服務器技術要求和測試方法》，該標準為首個液冷整機柜服務器領域的行業(yè)標準。規(guī)定了冷板式液冷整機柜服務器的機柜、供液組件、供配電組件、計算節(jié)點、交換節(jié)點、整機柜內(nèi)組網(wǎng)、機柜管理模塊技術要求和測試方法，適用于數(shù)據(jù)中心冷板式液冷整機柜服務器的設計、生產(chǎn)及測試。

由此可見業(yè)界和市場對高效、低碳節(jié)能的液冷技術已形成共識，未來已來，您對當前數(shù)據(jù)中心液冷方案有什么看法？您認為液冷方案在未來會如何發(fā)展？歡迎在評論區(qū)分享您的觀點。