液冷数据中心政策背景、分类及应用情况如何？

国家政策指导全国新建大型、超大型数据中心平均PUE降到1.3以下、枢纽节点降到1.25以下。

全球主要国家承诺最晚于 2050 年完成碳中和计划，数据中心绿色、低碳政策陆 续出台实施。政府间气候变化委员会在 2018 年 10 月 8 日发布特别报告提出将全球 变暖限制在 1.5°C，需要在土地、能源、工业等方面加速转型，到 2050 年左右达到 “净零”排放。切实到各国的数据中心的低碳政策，美国政府通过 DCOI 数据中心 优化倡议等举措，以整合和关闭数据中心、设定数据中心 PUE 及服务器使用率具体 标准等方式，实现了数据中心 PUE 从平均 2.0 以上下降到近一半大型数据中心达到 1.5 甚至 1.4 以下。

新加坡发布的《绿色数据中心技术路线图》提出提高冷却设备效 率、IT 设备温湿度耐受能力、数据中心的资源调度和负荷分配集成优化能力等建议。 欧盟通过 2020 年欧盟数据中心能源效率行为准则的最佳实践指南和和欧洲数据中心 能源效率现状白皮书进一步细化和规范了数据中心 PUE、SUE、DCiE 等绿色指标。

为推动行业规范和快速发展，国家工信部等部门相继发布数据中心指导政策。 2021 年 11 月，国家发改委联合网信办、工信部、能源局共同发布《贯彻落实碳达峰 碳中和目标要求推动数据中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，指 出坚持集约化、绿色化、智能化建设，加快节能低碳技术的研发推广，支持技术创 新和模式创新。全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到 1.3 以下，国 家枢纽节点进一步降到 1.25 以下，绿色低碳等级达到 4A 级以上。

数据中心基础设施是支撑数据中心正常运行的各类系统的统称，具体包括制冷、配电、机柜、布线、监控等系统，是数据中心的组成部分之一。数据中心是用于在 网络上传递、加速、展示、计算和储存数据信息的物理场所，主要应用于对数据计 算和储存有较大需求的组织。一个完整的数据中心由 IT 设备和基础设施共同构成。数据中心可根据基础设施的标准机架数量进行划分。《工业和信息化部、发展改 革委、国土资源部等关于数据中心建设布局的指导意见》文件中，将数据中心划分 为超大型、大型、中小型三类。不同类型的数据中心机架规模不同，对应的基础设 施解决方案也不相同。

数据中心基础设施可按照不同制冷方式进行划分风冷数据中心基础设施和液冷 数据中心基础设施。风冷方式发展起步早，技术较为成熟，液冷方式是近几年由于 数据中心对散热需求提升而出现的新方式，技术尚处于发展阶段。液冷方式又分为 冷板式液冷和浸没式液冷两种，其中浸没式液冷方式可再细分为相变浸没式液冷和 非相变浸没式液冷。

冷板式液冷为间接接触型，浸没式液冷为直接接触型。风冷是以空气作为冷媒， 通过空气与发热部件接触换热实现散热的冷却方式。液冷是以液体作为冷媒的冷却 方式，利用液体将数据中心 IT 设备内部元器件产生的热量传递到设备外，从而冷却 IT 设备。其中，冷板式液冷是一种间接接触型液冷，将冷板固定在散热对象上，液 体在冷板内流动将设备热量传递带走，实现散热。浸没式液冷是一种直接接触型液 冷，将服务器等有散热需求的 IT 设备完全浸没在冷却液中，通过液体的循环流动或 相变进行冷却。

浸没式液冷可将数据中心 PUE 降低至 1.2 以下，优于风冷和冷板式液冷。对比 不同制冷方式，浸没式液冷冷却液和发热设备充分接触，散热效率更高，可将数据 中心 PUE 降低至 1.2 以下，运行更稳定，同时由于没有风扇，噪音更低，符合国家 发改委对数据中心建设的政策指导目标，是未来数据中心基础设施建设的发展方向。两相浸没液冷的能耗低于单相浸没液冷。数据中心浸没式液冷技术的能耗主要 由促使液体循环的泵和室外冷却设备产生，根据冷却液换热过程中是否发生相变可 分为单相浸没式液冷与两相浸没式液冷。其中，两相浸没式的冷却液循环是无源的， 因此两相浸没液冷的能耗一般要低于单相浸没液冷。由于浸没式液冷的室外侧通常 是高温水，其室外冷却设备往往可以利用自然冷源且不受选址区域的限制，从而起 到节能减排的目的。

随着液冷相关技术日益成熟，国内外已有多家企业开始面向客户提供针对不同 散热需求下的液冷技术解决方案，一些科技公司也将基于液冷技术的散热系统部署 于公司数据中心。 阿里云作为国内领先的云服务提供商，是最早探索和实践大规模液冷方案的科 技公司之一。2020 年 1 月，阿里云宣布向全社会开放“浸没液冷数据中心技术规范”， 2020 年 9 月，仁和数据中心开服，采用服务器全浸没液冷等多项节能技术进行规划 设计与建造，PUE 低至 1.09，相比传统风冷数据中心每年可节省 3000 万度电，该 数据中心成为我国首座绿色等级达到 5A 级的液冷数据中心；2021 年 12 月，阿里云 发布磐久系列液冷一体机 Immersion DC 1000，整体能耗可下降 34.6%。

中科曙光面向人工智能、大数据等多种应用场景，推出硅立方液体相变冷却计 算机。硅立方液体相变冷却计算机采用创新的浸没液冷技术，PUE 低至 1.04，节能 效果显著。硅立方将服务器芯片、主板在内的所有计算部件浸没于液态冷媒中，将 部件产生的热量通过相变换热的方式转移出设备，实现了高效散热。同时，硅立方 一个机柜功率密度可达到 160kW，是传统风冷数据中心的 4-5 倍，能效比提升了 30%。

马来西亚气象局数据中心为更好地捕捉局部强对流天气，满足三维播报所增加 的 27 倍算力需求，配置了联想的冷板式液冷设备。在该系统中，水被送入服务器冷 板，在组件周围循环，然后吸收热量离开冷板，进入冷源实现冷却。据测算，马来 西亚气象局应用液冷系统后，散热效果高达 90%，有力地支持了气象预测的精度提 升。 Facebook 针对新加坡潮湿天气打造了 Facebook 新加坡亚洲数据中心。该数据中 心采用 StatePoint Liquid Cooling 液冷系统，用水来降低气温，可以节约最高 20%的 用水量。Facebook 还计划全部使用可持续能源来给整个数据中心供电。

在浸没式液冷解决方案的供给端，国内外均有企业在积极布局。例如，总部位 于美国的 Green Revolution Cooling 主要提供数据中心单相浸没式液冷解决方案，面 向高性能计算、边缘数据中心、区块链和加密货币等场景提供具有完整冷却和电力 基础设施的一站式模块化数据中心；总部位于荷兰的 Asperitas 采用自然对流驱动的 单相浸没式液冷技术，其 HP Czone 系列产品可为各种高性能计算场景提供一站式解 决方案。在国内，浪潮信息于2018年推出了小型可移动的浸没式液冷超算TS4220LC； 中科曙光旗下的曙光数创推出了相变浸没式液冷配套解决方案 C8000，能够将 PUE 值降到 1.05 以下。

随着边缘算力需求的提升，液冷技术应用场景将从云端扩展到边缘。终端算力 需求的提升使得传统云算力逐渐下沉到边缘，边缘计算服务器功率密度及散热需求 同步提升。为了降低数据中心制冷能耗，部分边缘数据中心也开始引入液冷边缘服 务器，以提升边缘数据中心的能效水平。