一年前，我在播報微軟在海底建設(shè)數(shù)據(jù)中心的新聞時，還是很震驚的，感嘆在解決數(shù)據(jù)中心能耗問題上，行業(yè)內(nèi)真是用盡辦法，后來就陸續(xù)看到北極圈構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，騰訊在山洞構(gòu)建數(shù)據(jù)中心等各種創(chuàng)意實踐。
互聯(lián)網(wǎng)公司建立在北極圈內(nèi)的數(shù)據(jù)中心
微軟Project Natick 項目第二階段下海
騰訊山洞數(shù)據(jù)中心外景圖
這些嘗試都源于眼下爆炸增長的數(shù)據(jù)量，尤其在人工智能和5G時代，作為承載這些數(shù)據(jù)的的物理載體，數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)越來越大：一是數(shù)據(jù)中心的存儲能力、計算能力隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模增長，機柜功率密度會越來越高。二是單體數(shù)據(jù)中心的能耗持續(xù)居高不下。
但海底、山洞、北極圈，這種利用自然冷源來為數(shù)據(jù)中心提供更高能效的模式不具備可復(fù)制性，畢竟要受地理、自然環(huán)境的局限，相比下，很多科技公司在標(biāo)準(zhǔn)化、廣泛普及性，全地域推廣的探索更值得關(guān)注。
面對數(shù)據(jù)中心超高、超前密度的應(yīng)用，中科曙光在十年前就開始數(shù)據(jù)中心的技術(shù)研究。
一是早布局。中科曙光早在2009年就成立了數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品實驗部，2010年推出曙光模塊化數(shù)據(jù)中心，2014年研發(fā)國內(nèi)首套標(biāo)準(zhǔn)化液冷服務(wù)器并在2017年交付商用。
二是產(chǎn)品全。7月16日，中科曙光旗下曙光節(jié)能技術(shù)（北京）股份有限公司（以下簡稱“曙光節(jié)能”）就攜帶與數(shù)據(jù)中心功率密度、計算模組相對應(yīng)的諸多產(chǎn)品解決方案亮相，滿足不同行業(yè)，不同場景用戶需求。
三是前瞻性。不僅能承接現(xiàn)在，還面向未來，現(xiàn)在曙光擁有的“液冷”核心專利超過40項，此外還有40項“液冷”相關(guān)專利提交申請。比如C8000刀片式計算模組就依托 “全浸沒液冷”技術(shù)，可以使 PUE值達到1.05及以下，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心可以節(jié)電超過30%。
從機房到數(shù)據(jù)中心的演進
如果回溯最早的數(shù)據(jù)中心，應(yīng)該是六十年代的機房，那時候一間屋子的計算機處理能力，放到現(xiàn)在一臺筆記本電腦就搞定了。
曙光節(jié)能總經(jīng)理何繼盛
曙光根據(jù)數(shù)據(jù)中心發(fā)展做過一個劃分，六十年代出現(xiàn)的機房可以稱作第一代數(shù)據(jù)中心，主要應(yīng)用是大型科研計算，每天工作8小時，因為透風(fēng)度不好，只是關(guān)注潔凈度，在機房建設(shè)上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
隨著服務(wù)器形態(tài)的變化，用于商務(wù)處理的塔式服務(wù)器出現(xiàn)，也有了專用的機柜、專門的UPS來保障服務(wù)器供電的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)中心也有了空調(diào)通過自然的對流進行冷凍，這個時期算第二代數(shù)據(jù)中心。
前四代數(shù)據(jù)中心運行和維護特點
2000年后互聯(lián)網(wǎng)開始蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心繼續(xù)向第三代演進，機架服務(wù)器開始流行，有了空調(diào)的對流通道，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)朝著規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在這個時期，擁有幾百甚至上千機柜的數(shù)據(jù)中心就算比較大了。
隨著云計算的發(fā)展，公有云、行業(yè)云的大數(shù)據(jù)中心應(yīng)用單體量增加，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)理念發(fā)生變化，最典型的是數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與IT設(shè)備結(jié)合更緊密，開始出現(xiàn)冷通道的精細(xì)化組織管理以及便捷空調(diào)的應(yīng)用。
與此同時，每一代數(shù)據(jù)中心的功率密度不斷提升，能耗不斷降低。
功率密度如果用機架衡量的話，第二代數(shù)據(jù)中心的機柜功率密度是1-2千瓦；第三代數(shù)據(jù)中心典型的功率密度大概在3-5千瓦。云計算應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心朝著單體面積大、功率高、維護簡單的趨勢發(fā)展，云計算時代主流的密度5-8千瓦。
未來，第五代數(shù)據(jù)中心將會于有哪些創(chuàng)新模式？
在曙光節(jié)能總經(jīng)理何繼盛看來，現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施面臨更高要求：更高密度、更快的建設(shè)速度、更低的能耗、更高的可用性、更智能的監(jiān)控管理系統(tǒng)。
現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心進入5.0時代，除了具備標(biāo)準(zhǔn)與模塊化特點外，追求低能耗與“高計算密度”成為新的趨勢。
5.0時代 液冷成為主潮流
從中國數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會秘書長呂天文分享的數(shù)據(jù)來看，目前全國數(shù)據(jù)中心的耗電量已連續(xù)8年超過12%的速度增長，預(yù)計2020年總耗電量將達到2962億千瓦（2018年中國城鄉(xiāng)居民用電總量為9685億千瓦）。因此數(shù)據(jù)中心節(jié)能問題，引發(fā)包括政府在內(nèi)的廣泛關(guān)注。
在中國市場，現(xiàn)階段多數(shù)數(shù)據(jù)中心仍采用風(fēng)冷，而國外很多用戶則是進入到了液冷時代，用戶主要是大型數(shù)據(jù)中心和超級計算中心。
比如美國國家安全局、美國空軍、CGG、ORANGE、VIENNA 科學(xué)計算集群、日本東京工業(yè)大學(xué)已經(jīng)使用了Green Revolution Cooling 的浸沒式液冷技術(shù), 美國AFRL、ERDL、法國TUTAL、歐洲AWE 等使用了SGI 的液冷服務(wù)器。
現(xiàn)在，液冷數(shù)據(jù)中心變成非常炙手可熱的話題，也變成行業(yè)公認(rèn)的未來數(shù)據(jù)中心的趨勢。
首先，液冷和空氣制冷相比，液冷具備超強冷卻能力。以前的空氣制冷到達點是機柜，而液冷可以實現(xiàn)部件級，直接對最高發(fā)熱的部件、集中熱點進行制冷，形成精確制冷或者部件級制冷。
第二，降低數(shù)據(jù)中心環(huán)境的噪音。采用液冷數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)無壓縮機無風(fēng)扇，從而實現(xiàn)靜音機房。
第三，液體可以給元器件帶來更穩(wěn)定的工作溫度，從而保證元器件的工作性能更高。比如手工做溫度限制的CPU，在穩(wěn)定的環(huán)境之下可以實現(xiàn)超水平運行。
僅在2015年，全中國數(shù)據(jù)中心的耗電量就高達1000億度，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，相當(dāng)于整個三峽水電站一年的發(fā)電量。
對于整個數(shù)據(jù)中心來講，提高數(shù)據(jù)中心能效，可以實現(xiàn)全地域、標(biāo)準(zhǔn)化的布置，可以實現(xiàn)全年的自然冷卻，PUE最低可以做到最接近的理論值。
不同場景下的前瞻布局
針對不同的IT應(yīng)用系統(tǒng)，不同的數(shù)據(jù)中心有自己不同的特色，專業(yè)廠商在產(chǎn)品布局的時候都會秉承“傳承過去，向未來演進”的理念。
曙光節(jié)能就按照客戶的功率密度，制造出滿足中低密度計算需求的風(fēng)冷標(biāo)準(zhǔn)模組、滿足高密度計算的液冷冷板模組，以及滿足救災(zāi)、戶外勘探等特種作業(yè)環(huán)境需求的“集裝箱式”計算模組。
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針對中低密度的數(shù)據(jù)中心
曙光節(jié)能會有機柜池級微模塊C2000系列，是風(fēng)冷時代池級模塊比較廣泛應(yīng)用的比較有特色的產(chǎn)品，適用于5-15千瓦的功率范圍的應(yīng)用場景，而排級微模塊C1000系列是風(fēng)冷時代最高能效比的一種產(chǎn)品形態(tài)。
另外在針對中低密度數(shù)據(jù)中心，曙光節(jié)能有機柜級微模塊C500系列，針對微型數(shù)據(jù)中心，可以比較廣泛的應(yīng)用在金融、廣電、醫(yī)療等等分支機構(gòu)里面。
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集裝箱數(shù)據(jù)中心
集裝箱數(shù)據(jù)中心算是特種應(yīng)用數(shù)據(jù)中心的形態(tài)，曙光推出集裝箱級微模塊C9000系列，可是適用于野外需求，不具備土建、蓋數(shù)據(jù)中心樓的條件同時希望數(shù)據(jù)中心能夠遷移。
典型的案例是貴州的天眼望遠(yuǎn)鏡，在整體配套基地還沒建成前，就有大量的數(shù)據(jù)需要處理，采用集裝箱數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)處理再合適不過。
現(xiàn)在曙光節(jié)能的計算模組已被電力、氣象、金融、通信、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、高校研究院等廣泛采用，曙光提供的“低能耗”、“高密度”計算節(jié)點數(shù)以萬計。
隨著數(shù)據(jù)中心機柜的標(biāo)準(zhǔn)與模塊化普及，短時間在偏遠(yuǎn)地區(qū)大規(guī)模建設(shè)數(shù)據(jù)中心成為可能。但對于90%企業(yè)、機構(gòu)來說，配置的‘數(shù)據(jù)中心’遠(yuǎn)離用戶、遠(yuǎn)離主干網(wǎng)絡(luò)、失去運維的便捷性是無法接受的。
而除了面向中低密度的應(yīng)用，曙光節(jié)能面向高密度的是30千瓦以上的方案更具前瞻性。2012年開始，曙光便探究降低數(shù)據(jù)中心能耗的核心技術(shù)——“全浸沒式液冷”。給用戶提供便捷、標(biāo)準(zhǔn)、靈活的節(jié)能、高計算密度數(shù)據(jù)中心解決方案。
堅定前行者的先發(fā)優(yōu)勢
現(xiàn)階段，液冷服務(wù)器主要分為冷板式冷卻液冷服務(wù)器、全浸沒式冷卻液冷服務(wù)器。在國內(nèi)，聯(lián)想、新華三、華為均設(shè)計冷板式液冷技術(shù)產(chǎn)品，互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的阿里推出了浸沒式液冷服務(wù)器，而曙光公司則是冷板式、全浸式均有生產(chǎn)。
TC4600E—LP液冷服務(wù)器
通過對CPU和內(nèi)存覆蓋冷板，液體直接帶走這兩個高發(fā)熱部件的熱量。主板通過冷水把CPU和內(nèi)存的熱量帶走，水溫升大概是10度，帶走熱量之后是45度，之后經(jīng)過自然的冷卻又變成35度水回來，繼續(xù)冷卻。
可以說，冷板式的液冷系統(tǒng)改變了整個服務(wù)器的制冷形態(tài)，帶給傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心所不具備的優(yōu)勢條件，省卻服務(wù)器80-90%的發(fā)熱，使得耗能可以大幅度下降，PUE可以實現(xiàn)1.2以下，同時又給CPU和內(nèi)存提供了更好的工作環(huán)境和工作溫度。
2015年曙光在國內(nèi)正式推出冷板式液冷服務(wù)器以來，廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)。
而全浸沒液冷，可以說是有很多技術(shù)的無人區(qū)，在冷板液冷服務(wù)器量產(chǎn)以后三年，曙光推出全浸沒基礎(chǔ)設(shè)施配套解決方案C8000系列，滿足了超高密度數(shù)據(jù)中心的需求。
曙光“全浸沒液冷”計算模組—C8000
全浸沒液冷總體方向比冷板式更進一步，在能效方面，給元器件提供更可靠和徹底的工作溫度。冷板式的服務(wù)器是的風(fēng)冷和液冷混合，浸沒式則是完全去除空調(diào)的全液冷的數(shù)據(jù)中心。
在全浸沒液冷領(lǐng)域，曙光在能效、性能、噪音方面做到極致。據(jù)何繼盛介紹，曙光于2015年推出國內(nèi)首款標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)的冷板式液冷服務(wù)器，并在當(dāng)年完成國內(nèi)首個冷板式液冷服務(wù)器大規(guī)模應(yīng)用項目，2017年又交付了國內(nèi)首套商用全浸沒液冷服務(wù)器，并在今年完成了國內(nèi)首個浸沒式液冷服務(wù)器大規(guī)模應(yīng)用項目。
平穩(wěn)運行中的曙光“全浸沒液冷”服務(wù)器群（局部）
隨著5G時代到來，在用戶密集區(qū)配置高計算密度的邊緣數(shù)據(jù)中心正成為趨勢。曙光液冷“數(shù)據(jù)中心”計算模組，為用戶在密集地區(qū)的“邊緣計算”節(jié)點配置，提供了可靠、節(jié)能的系統(tǒng)解決方案。這也將加速5G時代的云游戲、云3D、云渲染設(shè)計等高交互、復(fù)雜計算場景的實現(xiàn)。
而從整個行業(yè)來看，數(shù)據(jù)中心對節(jié)能降耗的要求越來越高，未來，“液冷”技術(shù)是降低數(shù)據(jù)中心能耗的最可靠與可行的方案，毋庸置疑將成為國內(nèi)外廠商重點爭取的市場，而曙光的堅定前行和先發(fā)優(yōu)勢逐步體現(xiàn)，通過對技術(shù)的積累、產(chǎn)品的規(guī)劃和項目的落地，加速全國“數(shù)據(jù)中心”步入“液冷”時代。
