作者|周春鹏单位：中国移动（杭州）信息技术有限公司实验室简介在我国，力争2030年碳达峰、2060年碳中和在全球化背景下，如何实现绿色低碳在泛家庭数据中心的运营中需要特别注意。Part01泛家庭数据中心为什么要解决碳排放问题？●随着我国新基建的启动和云计算的快速崛起，为家庭业务和云业务提供服务的泛家庭数据中心成为新的建设重点，其作为数字经济载体的重要性日益凸显。一天比一天增加。正是有了这些泛家庭数据中心，我们才能在家无忧无虑地看剧浏览抖音。由于泛家数据中心需要大量电力来维持服务器、空调系统、制冷系统、存储网络设备等设施的运行，能源消耗和碳排放量也在快速增长。在我国力争2030年碳达峰、2060年实现碳中和的背景下，泛家庭数据中心如何实现绿色低碳运营需要特别关注。Part02泛家庭数据中心的碳排放痛点在哪里？目前数据中心的PUE（电源利用率）好的时候一般在1.5左右，相当于1度电产生的计算能力。此外，冷却和照明等基础设施维护需要0.5千瓦时的电力。其中，机房内部用于散热的冷却系统耗电量最大。目前数据中心采用空调散热，服务器等算力设备产生的热量通过空调带到室外进行散热。由于热传导效率低下，空调作为制冷系统开始阻碍碳排放。Part03如何解决散热痛点？空调制冷效率低？那能不能换个高效散热的方式呢？答案是肯定的。目前散热效率比较高的是液冷。由于液体的比热容是空气的数千倍，因此液冷的散热效率远大于空气，而且与空气相比，液体更容易输送。液冷主要有冷板液冷、喷淋液冷、浸没式液冷三种。-冷板式液冷冷板式液冷主要是将冷板与腹腔及需要发热的器件直接接触固定，依靠液体在冷板内部流动带走热量来实现散热的目的。冷板液冷主要解决发热量比较大的部件，其他部件也需要风冷，所以冷板液冷也叫气液双通。冷板液冷的最大优点是改装小，冷却液不直接接触零件，安全性高。图1ColdPlateLiquidCooling1-SprayLiquidCooling喷雾液冷主要是在服务器机箱顶部根据发热部件的位置开孔，将冷却液直接喷洒在相应的发热部件上达到设备降温的目的。由于冷却液直接接触元器件，效率高，但喷出的液体易挥发，机箱内部容易渗透到外部，安全性较差。图2喷雾液冷1-浸没式液冷浸没式液冷主要是将元器件或服务器直接浸入冷却液中，依靠冷却液与服务器的直接接触带走热量，从而达到降温的目的。优点是由于完全直接接触，服务器内部不再需要风扇等散热设备，散热效率高。缺点是由于设备与冷却液直接接触，需要定制服务器主板和一些光模块、PCIe设备等部件。图3浸入式液冷1注1：图片来自明哲工作室示意图液冷技术-液冷方式对比如果进行液冷改造，服务器内部的冷板液冷只需要更换CPU散热器即可。只需将设备连接到冷却剂循环系统即可。改装喷淋式液冷需要针对多家厂商不同类型的产品分别设计机箱和机架，改装成本远高于冷板式液冷。目前网络上的机器不能使用浸没式液冷，因为现在的主板，部分元器件等信号在冷却液中工作时会产生偏差，所以需要针对浸没式液冷设计主板和元器件封装。表1液冷与冷板液冷相比优点喷雾液冷浸没液冷对机房结构影响小，改造成本低；安全性高，技术成熟；噪音低，能效高，散热效率成本可控；高效节能、静音；设备集成度高，部署场景广，液体与配件接触充分，散热效率高；支持更高密度的电力IT部署，大幅提升PUE缺点主要是关键部件散热，需要气液双通；冷却效率低喷液蒸发，破坏机房环境，影响其他设备。运维管理成本高；有必要控制冷却剂的蒸发。该方案一般分为两半，一次侧和二次侧。一次侧为机房冷却水系统，二次侧为柜内冷却循环系统。二次侧内部有CDU、冷板、管路，CDU内部有水泵、水箱、换热器等单元。水泵使柜内冷却液循环，带走柜内热量。热量通过换热器交换到一次侧冷却水系统，一次侧冷却水将热量带至室外散热。与易于维护的原副边方案相比，还有一种方案是取消双方的区分，将所有系统集中在一个系统中。冷却液吸收热量，直接进入冷却塔进行冷却。该方案需要更多的冷却剂（主要是不同浓度的乙二醇溶液）。但由于冷却液的成本远高于冷却水，而且为了便于模块化，大多数方案将两者分开。Part05结语目前，液冷主要应用于高功耗、高密度计算场景。可以提供更多的单位体积散热功率，最大限度地利用机房空间，提高单位面积的计算能力上限。随着泛家庭数据中心建设的升级和各地对机房PUE的要求，加之发热机组的功耗越来越大，传统的风冷已经难以解决散热问题。虽然液冷还处于实验室验证阶段，存在安全可靠性等问题，但在未来几年内，将逐步取代风冷，成为泛光机房的主要散热方式。家庭数据中心，也将是未来解决泛家庭数据中心碳排放的重要途径。
