液冷技术助力超算中心绿色增长

液冷技术助力超算中心绿色增长

随着人工智能、大数据等新兴技术的快速发展，超级计算中心（以下简称“超算中心”）作为支撑这些技术发展的基础设施，其重要性日益凸显。然而，随着计算能力的不断提升，超算中心的能耗问题也日益严峻。据统计，目前全球数据中心的电力消耗已占到全球电力消耗的3%，而超算中心作为其中的“能耗大户”，其节能降耗问题已成为亟待解决的难题。在此背景下，液冷技术以其卓越的散热效率和节能效果，正逐渐成为超算中心实现绿色增长的关键技术。

液冷技术是通过液体作为冷却介质，直接或间接接触发热源，带走热量实现散热的技术。根据冷却液与发热元件的接触方式不同，液冷技术主要可分为两大类：浸没式液冷和喷淋式液冷。

浸没式液冷是将整个计算设备完全浸泡在冷却液中，通过冷却液直接接触发热元件进行散热。根据冷却液的状态变化，又可分为单相浸没和相变浸没两种。单相浸没式液冷中，冷却液在整个循环过程中都保持液态；而相变浸没式液冷中，冷却液在吸收热量后会从液态变为气态，通过相变过程带走更多热量，随后在冷凝器中冷却回液态，完成循环。

喷淋式液冷则是将冷却液从服务器机箱顶部喷淋下来，通过冷却液与发热元件的直接接触进行对流换热，从而实现降温。这种技术多采用矿物油或氟化液等不导电、非腐蚀性的液体作为冷却介质，具有冷却效率高的优点。

液冷技术在超算中心的应用已取得显著成效，多个国家级超算中心已率先采用这一先进技术。

国家超级计算深圳中心二期项目是目前国内在建的最大超算中心，项目总投资达120亿元，将建设持续计算能力达2Eflops的E级计算机应用系统。该项目采用曙光的浸没式液冷服务器，通过液冷技术实现高效散热。

国家超级计算郑州中心采用浸没式相变液冷技术，配备的“嵩山”超级计算机理论峰值计算能力达100PFlops，存储容量100PB，PUE值低于1.04，展现了液冷技术在超算中心的卓越节能效果。

国家超级计算成都中心同样采用浸没式相变液冷技术，最高运算速度可达10亿亿次/秒。该中心不仅为北京、上海、广州、重庆等35个城市的用户提供算力服务，还支撑了航空航天、装备制造、新型材料、人工智能等30个领域的科研工作。

此外，合肥先进计算中心、天府云数据产业基地等多个超算和数据中心项目也纷纷采用液冷技术，通过创新的散热方式实现能效提升和绿色运营。

相比传统的风冷技术，液冷技术在多个方面展现出显著优势。首先，液冷技术的散热效率远高于风冷。液体的热容量是空气的约1000倍，导热系数是空气的约25倍，这意味着液冷技术能更有效地带走设备产生的热量。在高密度、高功耗的超算中心环境中，液冷技术的优势尤为明显。

从能耗角度来看，液冷技术能显著降低超算中心的PUE（Power Usage Effectiveness，电源使用效率）值。PUE值是衡量数据中心能源效率的重要指标，数值越低表示能源利用效率越高。采用液冷技术的超算中心，PUE值可降至1.2以下，而传统风冷数据中心的PUE值通常在1.5以上。以国家电网宁波北仑数据中心为例，采用浸没式液冷技术后，PUE值低于1.08，每年可节约电量302745kW·h，节省电费约24.22万元。

液冷技术还具有更好的稳定性和更长的设备寿命。由于液体冷却能更均匀地控制设备温度，避免了温度波动对设备的影响，从而延长了设备的使用寿命。同时，液冷技术运行时噪音更低，对环境的影响更小。

国家层面已出台多项政策支持液冷技术的发展。2023年4月，工业和信息化部、财政部、生态环境部发布的《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》明确提出优先选用液冷等高效方案。同年10月，工信部等六部门发布的《算力基础设施高质量发展行动计划》也提出支持液冷等新技术应用。2024年7月，国家发展改革委等四部门发布的《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》进一步强调了液冷技术的重要性。

在政策推动下，液冷服务器市场规模呈现爆发式增长。据统计，2022年中国液冷服务器行业市场规模达到73亿元，同比增长189.9%。预计到2027年，这一数字将增长至682亿元，年复合增长率超过50%。

从技术发展趋势来看，目前单相冷板和单相浸没技术因成熟度较高，应用最为广泛。但随着算力需求的持续增长，芯片功率密度将进一步提升，两相冷板和两相浸没等更先进的液冷技术将成为未来发展方向。这些技术虽然在密封性、维护复杂度等方面面临挑战，但其更高的散热效率和能源利用率，使其成为实现超算中心绿色增长的必然选择。

随着人工智能、大数据等技术的快速发展，超算中心的算力需求将持续增长，能耗问题也将更加突出。液冷技术以其卓越的散热效率和节能效果，必将在超算中心的绿色发展中发挥重要作用。在国家政策的大力支持下，液冷技术将不断成熟和完善，为实现“双碳”目标贡献力量。未来，我们有望看到更多采用液冷技术的超算中心投入运行，为数字经济的可持续发展提供强大支撑。