隨著 AI 大模型等高密度計(jì)算的蓬勃發(fā)展，芯片功耗與服務(wù)器功耗逐步上升，單機(jī)柜功率密度也不斷增大。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)研，2020 年數(shù)據(jù)中心平均機(jī)架功率為 8.5 kW/機(jī)柜，相比于 2011、2017 年有明顯提高，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 15% 。高功耗芯片，高密度服務(wù)器及單機(jī)柜密度的演進(jìn)，使傳統(tǒng)風(fēng)冷制冷模式在換熱性能及能耗優(yōu)化方面逐步受限，而液冷制冷模式將在數(shù)據(jù)中心中變得越來(lái)越不可或缺。

近日，英特爾聯(lián)合浪潮信息對(duì)業(yè)界開(kāi)放首款全液冷冷板服務(wù)器參考設(shè)計(jì)，基于通用高密服務(wù)器創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種高效的全液冷冷板架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器發(fā)熱部件接近 100% 液冷散熱，助力達(dá)成極低的 PUE 水平。同時(shí)，英特爾與浪潮信息、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、開(kāi)放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)工作委員會(huì) OCTC 聯(lián)合發(fā)布了《全液冷冷板系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)及驗(yàn)證白皮書(shū)》，為全液冷服務(wù)器設(shè)計(jì)和規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要難點(diǎn)和痛點(diǎn)提供了創(chuàng)新設(shè)計(jì)參考，對(duì)全液冷冷板技術(shù)在通用架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)入和推廣具有重要指導(dǎo)意義。

英特爾市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)集團(tuán)副總裁中國(guó)區(qū)數(shù)據(jù)中心銷(xiāo)售總經(jīng)理莊秉翰表示：

得益于英特爾的長(zhǎng)期技術(shù)創(chuàng)新，全液冷冷板服務(wù)器正在成為液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的重要組成部分。如今，英特爾與全球領(lǐng)先的算力提供商浪潮信息的緊密合作，選擇在踐行‘雙碳’目標(biāo)最有力的中國(guó)市場(chǎng)發(fā)布全液冷冷板服務(wù)器，是希望通過(guò)中國(guó)的示范效應(yīng)，逐步推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)在全球范圍內(nèi)的普及，以此促進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展。

浪潮信息服務(wù)器產(chǎn)品線總經(jīng)理趙帥表示：

‘All in 液冷’戰(zhàn)略確保了浪潮信息在液冷技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)領(lǐng)域的持續(xù)投入，我們將始終致力于通過(guò)更加綠色低碳的液冷技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)算力高質(zhì)量發(fā)展。長(zhǎng)久以來(lái)，浪潮信息高度重視開(kāi)放數(shù)據(jù)中心生態(tài)的構(gòu)建，此次通過(guò)與全球芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者英特爾的密切合作，在全液冷冷板技術(shù)的探索上實(shí)現(xiàn)了至關(guān)重要的跨越，并面向全產(chǎn)業(yè)進(jìn)行開(kāi)放，這將為蓬勃發(fā)展的液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)注入新的創(chuàng)新活力，打通液冷規(guī)模化應(yīng)用的最后一公里。

01聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)服務(wù)器全液冷冷板覆蓋

相對(duì)于浸沒(méi)式液冷，冷板式液冷有著諸多優(yōu)勢(shì)：

技術(shù)相對(duì)成熟、生態(tài)完善，對(duì)機(jī)柜和服務(wù)器改造小； 不改變客戶的使用習(xí)慣和運(yùn)維模式，機(jī)房承重與風(fēng)冷場(chǎng)景基本一致； 冷卻液不直接接觸芯片和服務(wù)器內(nèi)其他部件，對(duì)材料兼容性要求低，可以相對(duì)容易地與不同廠商和型號(hào)的計(jì)算設(shè)備兼容，為客戶提供更多的硬件選擇空間； 占用空間相對(duì)較少，適合于對(duì)空間有限制的數(shù)據(jù)中心和計(jì)算環(huán)境； 對(duì)冷卻液的需求量少，更加環(huán)保。

而同時(shí)，冷板式液冷的部署與應(yīng)用也面臨眾多挑戰(zhàn)：目前大多數(shù)冷板結(jié)構(gòu)僅覆蓋 CPU、GPU 等高功耗發(fā)熱部件，其余部件常以風(fēng)冷輔助冷卻，導(dǎo)致服務(wù)器需要配置冷板及風(fēng)扇兩套冷卻部件；系統(tǒng)存在漏液短路風(fēng)險(xiǎn)，如果冷卻液與冷板材質(zhì)選擇和后期維護(hù)不當(dāng)，長(zhǎng)期運(yùn)行后可能出現(xiàn)腐蝕和冷卻液泄露，導(dǎo)致服務(wù)器損壞。

鑒于冷板式液冷在產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、改造成本、可維護(hù)性、兼容性等方面的優(yōu)勢(shì)，為更好的克服上述挑戰(zhàn)、解決內(nèi)存、硬盤(pán)等部件功耗逐步上升的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，英特爾聯(lián)合浪潮信息創(chuàng)新通用高密服務(wù)器的液冷優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) CPU、高功耗內(nèi)存、固態(tài)硬盤(pán)、OCP 網(wǎng)卡、電源、PCIe 轉(zhuǎn)接卡和光模塊等服務(wù)器內(nèi)主要發(fā)熱部件的冷板全液冷覆蓋，構(gòu)建高能效的系統(tǒng)級(jí)解決方案。該方案基于浪潮信息 i24M7 2U 四節(jié)點(diǎn)高密計(jì)算服務(wù)器，每個(gè)液冷節(jié)點(diǎn)可以支持兩顆最新的第五代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，整體設(shè)計(jì)理念是在滿足性能和可靠性要求的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)級(jí)解決方案開(kāi)始，探索高能效、低成本和易于運(yùn)維的全液冷服務(wù)器全新設(shè)計(jì)之道。

在該項(xiàng)目中，CPU 冷板模組基于英特爾 至強(qiáng) Eagle Stream 平臺(tái)可擴(kuò)展處理器冷板的設(shè)計(jì)要求，綜合考慮散熱，結(jié)構(gòu)性能，成品率，價(jià)格及不同材質(zhì)冷板設(shè)計(jì)兼容性等因素優(yōu)化而成的一款 CPU 冷板參考設(shè)計(jì)，主要由 CPU 冷板鋁支架，CPU 冷板及冷板接頭等部件組成。

內(nèi)存液冷設(shè)計(jì)采用英特爾創(chuàng)新型的枕木散熱器液冷方案，因內(nèi)存插滿如鐵軌上的枕木而得名。它將傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱和冷板散熱相結(jié)合，通過(guò)內(nèi)置熱管的散熱器（或純鋁/銅板、Vaper Chamber 等）把內(nèi)存上的熱量傳遞至兩端，與冷板通過(guò)選定的導(dǎo)熱墊片接觸，最終通過(guò)冷板內(nèi)的冷卻液把熱量帶走實(shí)現(xiàn)內(nèi)存散熱。相比現(xiàn)有的管路（Tubing）內(nèi)存液冷方案，枕木散熱器液冷方案采用模塊化設(shè)計(jì)，具有易于組裝和維護(hù)、通用性好、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。

該項(xiàng)目的固態(tài)硬盤(pán)液冷方案基于英特爾的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)內(nèi)置熱管的散熱器把硬盤(pán)區(qū)域的熱量導(dǎo)出與硬盤(pán)區(qū)域外的冷板通過(guò)導(dǎo)熱墊片垂直接觸實(shí)現(xiàn)換熱。此固態(tài)硬盤(pán)液冷方案主要由裝有散熱器的固態(tài)硬盤(pán)模組，固態(tài)硬盤(pán)冷板，硬盤(pán)模組鎖緊機(jī)構(gòu)，及硬盤(pán)支架組成。硬盤(pán)模組鎖緊機(jī)構(gòu)固定在硬盤(pán)支架上提供合適的預(yù)緊力來(lái)保證固態(tài)硬盤(pán)模組和固態(tài)硬盤(pán)冷板的長(zhǎng)期接觸可靠性。為了方便硬盤(pán)冷板環(huán)路在狹小空間內(nèi)的安裝，硬盤(pán)支架在服務(wù)器深度方向采用了抽屜式的安裝方式設(shè)計(jì)。相比業(yè)界已有的硬盤(pán)液冷嘗試，此方案可支持 30 次以上系統(tǒng)不斷電熱插拔，可靠性高，對(duì)加工工藝要求低，漏液風(fēng)險(xiǎn)低，同時(shí)可靈活適配不同厚度和數(shù)量的固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)。

此外，該項(xiàng)目對(duì) PCIe 卡、OCP 網(wǎng)卡和電源等部件均進(jìn)行了創(chuàng)新的冷板設(shè)計(jì)。值得一提的是，項(xiàng)目在冷板材質(zhì)方面也進(jìn)行了探索實(shí)踐。由于銅材質(zhì)成本較高，該項(xiàng)目分別基于銅材質(zhì)和鋁合金材質(zhì)冷板，從換熱性能、可靠性、成本、重量等多方面進(jìn)行對(duì)比及優(yōu)化，同時(shí)對(duì)與鋁質(zhì)冷板液冷循環(huán)回路相匹配的液冷工質(zhì)，進(jìn)行了選型和相應(yīng)的腐蝕性測(cè)試驗(yàn)證，為進(jìn)一步降低冷板液冷成本提供了豐富的實(shí)踐數(shù)據(jù)支持。

02基于通用高密度服務(wù)器架構(gòu)

示范效應(yīng)明顯

英特爾與浪潮信息對(duì)全液冷服務(wù)器的冷板性能進(jìn)行了散熱性能測(cè)試、液冷熱捕獲效率（HCR）測(cè)試、流阻測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試，結(jié)果表明該服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)接近 100% 液冷散熱，系統(tǒng)無(wú)風(fēng)扇運(yùn)行，助力達(dá)成極低的PUE水平，并通過(guò)“去空調(diào)化”節(jié)省 30% 以上的數(shù)據(jù)中心空間，充分滿足數(shù)據(jù)中心的高密度部署需求，對(duì)推進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)具有重要的意義。方案年均 PUE 可低至 1.1 以下，有助于數(shù)據(jù)中心綠色高效發(fā)展。

在散熱性能測(cè)試中，銅冷板系統(tǒng)（冷卻工質(zhì) PG25）在目標(biāo)最差邊界條件下所有的零部件溫度都滿足溫度要求，并且還有一定安全溫度裕量。在液冷熱捕獲效率（HCR）測(cè)試中，在典型的液冷系統(tǒng)工作邊界條件下—系統(tǒng)進(jìn)水溫度 38?C （W32）, 空氣環(huán)境溫度 35?C，全液冷服務(wù)器液冷熱捕獲效率（HCR）在 93% 左右。將全液冷服務(wù)器置于密閉整機(jī)柜輔以集中式風(fēng)液換熱器的工作情況下，由于機(jī)柜前后門(mén)封閉，熱量無(wú)法從服務(wù)器中逃逸至外部環(huán)境中，更容易被風(fēng)液換熱器進(jìn)行捕獲，整機(jī)柜測(cè)試 HCR 值更高，可接近98%。

更重要的是，相較于以往的高度定制化全液冷服務(wù)器設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目基于通用高密服務(wù)器架構(gòu)，創(chuàng)新的全液冷方案參考設(shè)計(jì)為解決服務(wù)器內(nèi)部分組件液冷方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)提供了新思路，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化和傳統(tǒng)工藝的采用可降低整體方案的成本，提高全液冷方案的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)推動(dòng)全液冷冷板技術(shù)的普及和規(guī)?；瘧?yīng)用具有極強(qiáng)的示范和推動(dòng)作用。

得益于英特爾的長(zhǎng)期技術(shù)創(chuàng)新，全液冷冷板服務(wù)器正在成為服務(wù)器液冷生態(tài)中的重要組成部分，其最大程度發(fā)揮了冷板式液冷的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了需要風(fēng)冷輔助的不足。如今，英特爾與浪潮信息的緊密合作，已經(jīng)向全液冷數(shù)據(jù)中心生態(tài)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。放眼整個(gè)液冷生態(tài)，仍存在關(guān)鍵部件的互換性、ISV的集成能力和服務(wù)能力、冷板式液冷和浸沒(méi)式液冷的關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)等諸多重要環(huán)節(jié)，需要廣泛的生態(tài)伙伴一起努力。這也是整個(gè)生態(tài)構(gòu)建的關(guān)鍵所在。英特爾將致力于聯(lián)合廣泛的生態(tài)伙伴，構(gòu)建更完整的液冷生態(tài)，推進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心持續(xù)發(fā)展，為降低碳排放、構(gòu)建人與自然和諧共生的美好未來(lái)貢獻(xiàn)力量。

審核編輯：湯梓紅