解决数据中心世界难题,芯片级技术为地球大脑降温 ——记广东移动数据中心“液/气双通道散热技术”科研团队

2019-09-30  来源:中国信息产业网  作者:孙云天

        CNII网讯 2018年,全国数据中心总用电量1608.89亿千瓦时,远超三峡大坝1016亿千瓦时的年发电量。而随着5G、人工智能、大数据、云计算等产业的大规模应用,数据中心发展会更加迅猛。数据中心由于存在高发热元件散热瓶颈、资源利用率低和能源效率低“三大世界难题”,就像一个个不冒烟的钢厂,是名副其实的“能耗巨兽”。为了攻克这些难题,广东移动数据中心“液/气双通道散热技术”科研团队,从2012年开始进行了长达7年的科研攻关,顺利解决了这些世界难题,成功研制并商用了达到国际领先水平的芯片级散热技术,为数据中心行业绿色发展、为地球大脑降温做出积极贡献。

节能降耗,各大企业另辟蹊径

        为了降低能耗,Facebook把美国本土之外的第一个数据中心建到北极圈附近,利用北极圈这个天然的冷库为数据中心降温。微软则在2018年建立海底数据中心,利用海水比热容大且流动快的特性,有效降低数据中心的温度。阿里巴巴云数据中心落户于冀、蒙交界处的高原县城张北。华为、腾讯等多家公司的数据中心则分布在贵州的群山峻岭之间。
       利用自然条件冷却数据中心,固然能够实现绿色节能的效果,但也造成诸多问题和麻烦:远离用户中心、数据传输时延大、难以及时响应客户需求、维护不方便、区域人才匮乏等。那么,有没有一种数据中心节能技术,能够在实现绿色降耗的同时,也靠近用户中心,且能不受地理限制在全国乃至全球任何地方都能部署呢?

芯片级散热技术产业化,为地球大脑降温

        通过大量调查、研究和实践,广东移动数据中心节能科研团队发现:芯片是服务器的主要发热部件,高发热芯片甚至占到服务器近70%的发热量;如果能够针对芯片精确制冷,就能从源头上消除数据中心的大部分耗能。于是,他们在2012年启动了技术科研攻关,披星戴月、日以继夜,着力研发关键核心技术——芯片级“液/气双通道散热技术”,针对服务器芯片进行精确高效散热。2015年,该课题获评工信部工业转型升级资金绿色制造工程项目;2016年,成果研发成功并正式商用,较传统空调制冷模式节能高达45%以上。同年,该成果被工信部组织的7位院士和12位业界权威专家一致鉴定为“具有重大创新,达到国际领先水平,具有广阔推广应用前景”。

        关键技术自主可控,不留后门。成果已获专利授权69项,其中发明专利27项,并发布了我国数据中心液冷领域的第一个标准“液/气双通道散热数据中心机房设计规范”。整个技术方案所涵盖的服务器、制冷设备、供电设备等均由中国企业制造,具有完全自主知识产权,能有效防止数据后门,保障系统、网络与信息安全。
        实现两级换热,安全可靠性高。摈弃了传统空调气冷模式,也没冒险将服务器浸泡在液体中进行散热,该成果采取“液冷+气冷”双通道散热技术,对芯片等主要发热部件使用热管水冷散热;对服务器主板等低热量部件使用新型气冷散热,确保液体不进服务器机柜,结构简单、安全可靠。
        贴近用户,数据交互效益更高。自动驾驶、远程医疗、人脸识别等应用,需要高速率、低时延传输数据和响应需求;边缘计算、雾计算也方兴未艾。靠近用户、靠近场景、靠近应用,是数据中心发展的必然方向。芯片级“液/气双通道散热技术”,能有效降低对物理选址的依赖,更贴近用户中心,可在城市地区乃至中心商务区进行部署。 大幅降低能耗,助推绿色发展。目前,该技术成果在北方地区能够实现PUE低于1.10,在南方地区能够实现PUE低于1.15,节省能耗45%以上,机房资源利用率提高5-8倍,节约土地资源80%以上。

       雄关漫道真如铁,而今迈步从头跃。广东移动数据中心“液/气双通道散热技术”科研团队不忘初心、砥砺前行,不仅将成果应用在通信和互联网行业,还计划在国防军工、超算、电子信息等领域进行大力推广,为社会经济实现绿色发展贡献积极力量。