1、電子設(shè)備散熱問(wèn)題驅(qū)動(dòng)液冷發(fā)展,政策推動(dòng)數(shù)據(jù)中心能源效率提升
電子設(shè)備發(fā)熱的本質(zhì)原因就是工作能量轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程。散熱是為解決高性能計(jì)算設(shè)備中的熱管理問(wèn)題而設(shè)計(jì)的,它們通過(guò)直接在芯片或處理器表面移除熱量來(lái)優(yōu)化設(shè)備性能并延長(zhǎng)使用壽命。隨著芯片功耗的提升,散熱技術(shù)從一維熱管的線式均溫,到二維VC的平面均溫,發(fā)展到三維的一體式均溫,即3DVC技術(shù)路徑,最后發(fā)展到液冷技術(shù)。
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)液冷行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與投資前景研究報(bào)告(2024-2031年)》顯示,液冷是使用流動(dòng)液體將計(jì)算機(jī)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到計(jì)算機(jī)外,以保證計(jì)算機(jī)工作在安全溫度范圍內(nèi)的一種冷卻方法。目前的主流液冷方案,包括冷板式和浸沒(méi)式,其中冷板式較多應(yīng)用。
主流液冷方案對(duì)比
屬性 |
冷板式 |
相變浸沒(méi) |
單相浸沒(méi) |
成本 |
初始投資中等,運(yùn)維成本低 |
初始投資及運(yùn)維成本高 |
初始投資及運(yùn)維成本高 |
PUE(數(shù)據(jù)中心能源效率) |
1.1-1.2 |
<1.05 |
<1.09 |
可維護(hù)性 |
較簡(jiǎn)單 |
復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
供應(yīng)商 |
華為、浪潮曙光、聯(lián)想超聚變等主流供應(yīng)商 |
曙光 |
阿里巴巴、H3C、綠色云圖、云酷智能、曙光數(shù)創(chuàng) |
應(yīng)用案例 |
多 |
超算領(lǐng)域較多 |
較多 |
總結(jié) |
初始投資中等,運(yùn)維成本較低,PUE收益中等,部署方式與風(fēng)冷相同,從傳統(tǒng)模式過(guò)渡較平滑 |
初始投資最高,PUE收益最高,使用專用機(jī)柜,服務(wù)器結(jié)構(gòu)需改造為刀片式 |
初始投資較高,PUE收益較高,部分部件不乘容,服務(wù)器結(jié)構(gòu)需改造 |
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PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗。PUE是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的核心指標(biāo),其數(shù)值越接近1,表示數(shù)據(jù)中心能效越高。空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心能耗占比僅次于IT設(shè)備,在無(wú)法升級(jí)IT系統(tǒng)時(shí),降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是重要環(huán)節(jié)。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)能耗占比從38%下降到18%時(shí),數(shù)據(jù)中心的PUE也從1.92下降到1.3。
截至2022年全球中大型數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.55,國(guó)內(nèi)為1.49,根據(jù)“雙碳”和“東數(shù)西算”雙重政策,全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE降到1.3以下,集群內(nèi)PUE要求東部≤1.25、西部≤1.2,先進(jìn)示范工程≤1.15。
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國(guó)家對(duì)于數(shù)據(jù)中心PUE的相關(guān)要求
時(shí)間 | 部門 | 文件 | 相關(guān)內(nèi)容 |
2021年7月 | 工信部 | 《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》 | 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(yán)寒和寒冷地區(qū)降低到1.25以下 |
2021年12月 | 國(guó)家發(fā)改委等四部門 | 《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動(dòng)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(shí)施方案》 | 到2025年,數(shù)據(jù)中心和5G基本形成綠色集約的一體化運(yùn)行格局。全國(guó)新建大型超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下,國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下,綠色低碳等級(jí)達(dá)到4A級(jí)以上 |
2022年6月 | 工信部等六部門 | 《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》 | 到2025年,新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE優(yōu)于1.3 |
2022年8月 | 工信部等七部門 | 《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2022-2025年)》 | 到2025年,全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降到1.3以下,改建核心機(jī)房PUE降到1.5以下 |
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各省市對(duì)于數(shù)據(jù)中心PUE的相關(guān)要求
時(shí)間 | 省市 | 文件 | 相關(guān)內(nèi)容 |
2023年7月 | 北京 | 《北京市發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步加強(qiáng) 數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》 | 新建、擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心,年能源消費(fèi)量小于1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤(電力按等價(jià)值計(jì)算,下同)的項(xiàng)目PUE值不應(yīng)高于1.3;年能源消費(fèi)量大于等于1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤且小于2 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項(xiàng)目,PUE值不應(yīng)高于1.25;年能源消費(fèi)量大于等于2萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤且小于3萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項(xiàng)目,PUE值不應(yīng)高于1.2;年能源消費(fèi)量大于等于3萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項(xiàng)目,PUE值不應(yīng)高于1.15; |
2023年12月 | 江蘇 | 《推進(jìn)長(zhǎng)三角樞紐節(jié)點(diǎn)蕪湖數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)若 干舉措》 | 平均上架率不低于65%,數(shù)據(jù)中心電能利用效率(PUE)小于1.25; |
2023年12月 | 深圳 | 《深圳市算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃 (2024-2025)》 | 到2025年,新建數(shù)據(jù)中心電能利用效率(PUE)降低到1.25以下; |
2024年3月 | 北京 | 《北京市算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)施方案(2024— 2027年)》 | 本市新建和改擴(kuò)建智算中心PUE值一般不超過(guò)1.25,年能耗超過(guò)3萬(wàn)噸標(biāo)煤的大規(guī)模先進(jìn)智算中心PUE值一般不超過(guò)1.15; |
2024年4月 | 上海 | 《上海市推動(dòng)大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新 行動(dòng)計(jì)劃(2024-2027年)》 | 新建數(shù)據(jù)中心能源利用效率(PUE)不高于1.25;加快既有數(shù)據(jù)中心升級(jí)改造,加大高效制冷技術(shù)和新能源推廣應(yīng)用力度,力爭(zhēng)改造后能源利用效率(PUE)不高于1.4 |
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冷板式液冷已經(jīng)在HPC、AI高密計(jì)算領(lǐng)域商用超過(guò)8年時(shí)間,技術(shù)成熟、生態(tài)完善、總體成本可控,整體產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)更為成熟。此外,從實(shí)物圖可以看出,冷板式液冷較風(fēng)冷時(shí)服務(wù)器側(cè)和機(jī)房側(cè)的改動(dòng)均較小,對(duì)客戶的使用習(xí)慣改變不大,硬盤、光模塊等部件與風(fēng)冷一致,運(yùn)維模式、機(jī)房承重與風(fēng)冷場(chǎng)景也較為類似,更適合當(dāng)下進(jìn)行規(guī)模商用?,F(xiàn)階段,中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以冷板式為主,在智算中心建設(shè)加速的背景下,綜合考慮產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、客戶接受度等多因素,短期內(nèi)放量仍將以冷板式方案為主。
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2、AI的發(fā)展將帶動(dòng)服務(wù)器出貨量增長(zhǎng),亦將推動(dòng)液冷設(shè)備的持續(xù)提升
液冷產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的產(chǎn)品零部件提供商、中游的液冷服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施提供商及下游的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商和各類使用主體。
產(chǎn)業(yè)鏈上游:主要為產(chǎn)品零部件及液冷設(shè)備,包括快速接頭、CDU、電磁閥、浸沒(méi)液冷Tank、manifold、冷卻液等組件或產(chǎn)品供應(yīng)商。部分代表廠商有英維克、3M、云酷、競(jìng)鼎、諾亞、廣東合一、綠色云圖等。
產(chǎn)業(yè)鏈中游:主要為液冷服務(wù)器、芯片廠商以及液冷集成設(shè)施、模塊與機(jī)柜等,部分代表廠商有華為、中興、浪潮、曙光、新華三、聯(lián)想、超聚變、英特爾等。
產(chǎn)業(yè)鏈下游:主要包括三家電信運(yùn)營(yíng)商,百度、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及信息化行業(yè)應(yīng)用客戶,主要在電信信息、互聯(lián)網(wǎng)、政府、金融、交通和能源等信息化應(yīng)用。目前,阿里巴巴以單相浸沒(méi)式液冷為主要發(fā)展方向,其他用戶以冷板式液冷試點(diǎn)應(yīng)用居多。
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2023年6月,三大運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)布《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書》,提出三年液冷發(fā)展愿景:2023年開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證、2024年開(kāi)展規(guī)模測(cè)試、2025年及以后開(kāi)展規(guī)模應(yīng)用。在技術(shù)路線上,電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)階段將主要推進(jìn)冷板式液冷與單相浸沒(méi)式液冷兩種方案。當(dāng)前,運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心仍以低功率機(jī)架為主,考慮到高功率機(jī)架的需求分布,液冷需求或?qū)⒅饕獜陌l(fā)力AI的互聯(lián)網(wǎng)廠商起步,運(yùn)營(yíng)商在液冷產(chǎn)業(yè)推進(jìn)鏈條上排序本應(yīng)較靠后。白皮書的發(fā)布標(biāo)志著運(yùn)營(yíng)商主動(dòng)成為液冷產(chǎn)業(yè)推動(dòng)者,進(jìn)一步加速液冷技術(shù)及生態(tài)成熟。
隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,以及人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、AIGC等技術(shù)推動(dòng),我國(guó)算力中心建設(shè)規(guī)模高速增長(zhǎng)。截至2023年,我國(guó)提供算力服務(wù)的在用機(jī)架數(shù)達(dá)810萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架,算力規(guī)模230EFLOPS。2023年10月,工信部等六部門發(fā)布《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》,到2025年,中國(guó)算力規(guī)模將超過(guò)300EFLOPS,其中,智能算力占比將達(dá)到35%。
資料來(lái)源:中國(guó)信通院,觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
除了國(guó)內(nèi),全球市場(chǎng)上同樣是AI服務(wù)出貨量持續(xù)增長(zhǎng)的預(yù)期,也將帶動(dòng)液冷行業(yè)的持續(xù)高增長(zhǎng)。2024年,英偉達(dá)發(fā)布B200,采用N4P制程,封裝2080億晶體管,而H100晶體管為800億、采用N4制程,這帶來(lái)B200封裝密度提升、功耗達(dá)1000W,對(duì)散熱技術(shù)提出更高要求,預(yù)計(jì)2026年全球A I服務(wù)器出貨量達(dá)到236.9萬(wàn)臺(tái)。
資料來(lái)源:NVD,觀研天下數(shù)據(jù)中心整理(YM)
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