2023年度液冷基礎(chǔ)設(shè)施市場份額達(dá)到61.3%,連續(xù)3年蟬聯(lián)行業(yè)榜首,根據(jù)《液冷數(shù)據(jù)中心白皮書》,曙光數(shù)創(chuàng)再次交出亮眼成績單。

智算快速發(fā)展環(huán)境下,其實不止曙光數(shù)創(chuàng),整個行業(yè)的液冷正呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。曙光數(shù)創(chuàng)副總裁兼CTO張鵬博士在接受采訪時預(yù)測: “ 液冷整體滲透率目前并不高,不超過 10%,但未來3到5年這個比例將快速提高,有望達(dá)到30%甚至40% 。” 《中國液冷數(shù)據(jù)中 心市場深度研究報告》也顯示,目前中國液冷數(shù)據(jù)中心市場快速發(fā)展,預(yù)計到2027年, 液冷市場將以60%的復(fù)合增長率,突破千億規(guī)模。

液冷的兩種主要技術(shù)路線——冷板式與浸沒式的發(fā)展趨勢如何,目前挑戰(zhàn)是什么,如何 應(yīng)對等成為行業(yè)熱議話題。

液冷是高效散熱必需

真正價值是激活芯片計算潛能

大模型等人工智能快速發(fā)展下,智算產(chǎn)業(yè)迅速拓展,據(jù)中國信通院統(tǒng)計,截至2023年底,我國 智算規(guī)模約69 EFLOPS,相較于2023年6月的50EFLOPS,半年時間規(guī)模增加38%,但在推動 數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的同時,也給數(shù)據(jù)中心散熱帶來巨大挑戰(zhàn)。

GPU芯片功率不斷提升,高密度成為發(fā)展趨勢。風(fēng)冷有其制冷極限,無法滿足服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心 的散熱要求,而同體積液體帶走的熱量是同體積空氣的3000倍以上,能夠高效降溫,保證芯片 的安全運行。因此, 液冷被公認(rèn)為是算力基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)配與必然選擇。

在此基礎(chǔ)上,液冷應(yīng)用的成本不斷降低 。張鵬表示, 經(jīng)過測算,當(dāng)數(shù)據(jù)中心機(jī)架部署密度超過 10kW后,冷板式液冷系統(tǒng)的初始投資已經(jīng)低于風(fēng)冷,并且隨著運行時間的增長, TCO (總體擁 有成本)優(yōu)勢會更為明顯 。液冷還能夠促進(jìn)節(jié)能減碳,其高效率制冷的能力可大幅度減少散熱的 電能消耗,讓數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)低PUE,符合政策要求與綠色化發(fā)展趨勢。

尤為值得注意的是, 液冷能夠激活計算的潛能,這也是其真正價值所在 。張鵬指出, GPU頻率是 可變的,如果制冷能力不足,為了安全穩(wěn)定的運行, GPU就需要降頻,而這就影響了計算能力。 換句話說, 散熱能力差束縛了芯片算力的輸出。液冷可高效地解決這-問題,確保芯片計算能力 的全火力輸出 。“ 以某國產(chǎn)CPU芯片為例,風(fēng)冷條件下2.4GHz的CPU在相變浸沒液冷環(huán)境下主 頻可達(dá)到3.2GHz,處理速度提升超過30%! ” 張鵬說。

這些均推動了液冷應(yīng)用的快速發(fā)展,行業(yè)客戶逐步增多,包括互聯(lián)網(wǎng)、運營商、金融等,同時, 相較于改造,目前液冷的使用主要以新增的數(shù)據(jù)中心為主 。張鵬表示,改造面臨很多現(xiàn)實問題, 如維保需要結(jié)合數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有情況提供更完善的方案,可靠性需進(jìn)行綜合考量;如服務(wù)器有著 — 定的使用年限,改造投入后,企業(yè)收益能否覆蓋成本、滿足商業(yè)需要也存在—定疑慮。

冷板式是當(dāng)前主流

浸沒式未來將廣泛應(yīng)用

面向大模型的智算需求,為釋放芯片算力,液冷已經(jīng)成為大趨勢。從目前應(yīng)用情況來看,冷板式 是液冷主流。張鵬指出, 目前冷板式在液冷市場約占大概80%到90%, 這是因為冷板式的成本 更低,產(chǎn)業(yè)鏈也更為成熟,同時,冷板式與風(fēng)冷在運維上差異較小,使用習(xí)慣—致,市場接受程 度更高。

與之相對應(yīng)的,浸沒式的運維邏輯不同,比如風(fēng)冷中沒有換液等運維步驟,考慮到浸沒式的成本 與后續(xù)運維,張鵬直言,目前小型數(shù)據(jù)中心不推薦上浸沒式,大型數(shù)據(jù)中心可以承擔(dān)較多的成本 壓力,還可配置專門的液冷運維操作間,更適宜使用浸沒式。

不過這并不代表浸沒式 “ 止步于此 ” , 伴隨著芯片功率的提升,冷卻效率還要進(jìn)-步提升,這將推 動浸沒式,準(zhǔn)確地說是加快相變浸沒式的廣泛應(yīng)用。

據(jù)了解,國內(nèi)CPU芯片功率已經(jīng)達(dá)到400W,而英偉達(dá)2024年3月最新推出的B200芯片相比 H100雖然算力能源效率提升了約25倍,但芯片功耗也將超過1000W。張鵬表示, 相變浸沒式的 冷卻效率要高于冷板式與單相浸沒式,更適合高功率的芯片散熱需求,或是終極液冷出路。

不僅如此,相較于冷板式,浸沒式還有多項優(yōu)勢。如浸沒式是-站式解決方案,可靠性高,對環(huán) 境的依賴性小,能夠很好的防潮防塵。同時,在服務(wù)器更新的時候,強耦合的冷板式也會被替 換,浸沒式則只需要替換冷媒,這使得在成本方面浸沒式也會逐步顯示出優(yōu)勢。

浸沒式應(yīng)用推廣面臨多項挑戰(zhàn)

需要從技術(shù)、生產(chǎn)等方面優(yōu)化

技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用轉(zhuǎn)化需要成熟的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈的支撐,液冷同樣如此。

具體來看, 冷板式在技術(shù)上已經(jīng)實現(xiàn)了多項突破,目前面臨的挑戰(zhàn)主要是產(chǎn)業(yè)鏈方面的,包括如 何推動產(chǎn)品的成熟,更好的降本增效,提升可靠性等,這意味著整個行業(yè)的發(fā)展,也是挑戰(zhàn)。 浸 沒式則處于技術(shù)創(chuàng)新突破的時期,其技術(shù)門檻極高,目前依舊有多項技術(shù)問題沒有解決,且并非 短時間內(nèi)就可以解決。

這點從曙光數(shù)創(chuàng)的發(fā)展便能體現(xiàn)出來, 自2011年提出液冷技術(shù)路線并啟動相關(guān)技術(shù)研究,到 2017年浸沒式液冷才對外應(yīng)用,曙光數(shù)創(chuàng)歷經(jīng)6年才實現(xiàn)了浸沒技術(shù)的商用化,這其中有多項關(guān) 鍵技術(shù)的突破。

以浸沒冷媒為例,經(jīng)過長期自主研發(fā), 曙光浸沒相變液冷計算機(jī)所使用的冷媒——電子氟化液已 經(jīng)迭代到第三代,實現(xiàn)了諸多創(chuàng)新,具有高絕緣、低沸點、大潛熱、穩(wěn)定性高、低粘度、安全 性、以及環(huán)境友好(無臭氧破壞、溫室效應(yīng)低)等特性,可支持浸沒相變液冷系統(tǒng)生命周期內(nèi)可 靠穩(wěn)定運行。

也正是依托技術(shù)上的長期研發(fā)突破, 曙光數(shù)創(chuàng)的相變浸沒液冷才能夠不斷應(yīng)用推廣,成為目前國 內(nèi)唯-實現(xiàn)全浸式液體相變冷卻大規(guī)模商業(yè)化部署的企業(yè),在重慶和多個東部-二線城市均有相 變浸沒式數(shù)據(jù)中心的建設(shè)實踐。

面對未來更高功率的散熱要求,針對不同產(chǎn)業(yè)的差異化需求, 浸沒式技術(shù)還要進(jìn)行更深入的發(fā) 展,需要企業(yè)從多方面來進(jìn)行優(yōu)化。

首先,需要大量的研發(fā)投入。以曙光數(shù)創(chuàng)為例,其以技術(shù)為導(dǎo)向,持續(xù)研發(fā)投入,根據(jù)財報來 看, 2023年研發(fā)投入共計6825.33萬元, 2024年第一季度研發(fā)費用總額超1440萬元,相較于 2023年第一季度同比增長超過4%。通過大量的研發(fā)投入,曙光數(shù)創(chuàng)有效優(yōu)化了液冷散熱技術(shù), 實現(xiàn)了高效可靠的全棧基礎(chǔ)設(shè)施解決方案全場景覆蓋。截至2023年末,曙光數(shù)創(chuàng)擁有已授權(quán)相 關(guān)專利135項,包含發(fā)明專利38項,軟著45項,其中與液冷相關(guān)的專利104項,軟著27項,在審 發(fā)明專利31項。

其次,需要為生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。如曙光數(shù)創(chuàng)在山東青島建設(shè)了目前我國規(guī)模最大的液冷數(shù)據(jù)中心全 鏈條產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地,且已正式投產(chǎn)。該基地囊括研發(fā)、生產(chǎn)和保障三大功能區(qū),擁有七大研發(fā)創(chuàng) 新實驗室和四條先進(jìn)生產(chǎn)線,實現(xiàn)專業(yè)的全鏈條、 一站式系統(tǒng)解決方案的創(chuàng)新研發(fā)和生產(chǎn),能夠 有效降本增效,提升交付能力,提高保密性,推動生產(chǎn)發(fā)展。

最后,需要時刻跟隨客戶需求。不同的企業(yè)在應(yīng)用液冷的過程中有差異化需求,如金融業(yè)對安全 性的高要求,要求液冷廠商能夠依托自身技術(shù)與產(chǎn)品持續(xù)優(yōu)化發(fā)展,以更契合客戶的發(fā)展需要, 促進(jìn)算力的有效供給。

綜合來看,液冷是智算快速發(fā)展趨勢下散熱的標(biāo)配與必需品,能夠有效釋放芯片的計算能力,并 且伴隨芯片功率的持續(xù)提升,液冷未來的發(fā)展方向是浸沒式,但浸沒式目前在技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展上 依舊存在諸多挑戰(zhàn),需要圍繞客戶需求,加大研發(fā)投入,完善產(chǎn)業(yè)鏈做好生產(chǎn)準(zhǔn)備,最終滿足不 同客戶對液冷的差異化需求,推動算力建設(shè),加快智能化、數(shù)字化發(fā)展。

審核編輯 黃宇