数据中心能耗占比分析：液冷散热是数据中心节能减排最佳解决方案
算力正在进入“基建化”的时代。
几年前的时候，每当电商大促、春晚红包等节点，宕机和救火几乎是从不缺席的戏份。近两年却是另一番景象：即便是在618大促这样的流量波峰，大多数电商平台都顶住了高并发的压力，背后离不开算力的迅猛增长。
正如中国信通院在一份研究报告中所揭示的：2016年到2020年期间，中国的算力规模平均每年增长42%，其中2020年的算力总规模已经达到135EFlops，并仍在保持55%的高速增长。
只是算力高速增长的同时，也带来了新的问题。
一、数据中心能耗占比分析
对于不少人来说，“计算”早已不是什么新概念。每一次打开“绿码”、每一次视频会议、每一次搜索点击……都离不开数据中心的处理计算。“计算”在日常生活中的无缝渗透，勾勒出了多彩的数字世界。
可当计算量越来越大，产生的功耗也随之增大。以全球最为知名的预训练大模型GPT-3为例，一次训练要消耗巨量的算力，需要消耗约19万度的电力，产生85万吨的二氧化碳，将其形容为“耗电怪兽”绝不为过。
倘若这些电力用在了“计算”本身，或许不是什么坏消息。毕竟在数字经济的时代，有一个著名的经济学解释，即算力上每投入一元，将带动3-4元的经济产出，“性价比”远高于传统的农牧业和工业生产。
现实的情况却并不乐观。根据开源证券研究所的统计结果，一个数据中心的能耗分布中，散热系统的占比高达40%。也就是说，数据中心每耗费一度电，只有一半用在了“计算”上，其他的则浪费在了散热、照明等方面。计算和散热几乎陷入了一场零和博弈，计算量越大散热消耗的电量越大，如果不消耗足够的能源提高散热能力，将直接影响数据中心的性能、密度和可靠性。
行业内也由此流行起了PUE的概念，即电源使用效率，用来测算数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值，被视为评价数据中心能源效率的重要指标，PUE值越接近1，表明非IT设备的耗能越少，数据中心的能效水平越高。目前国内大型数据中心的平均PUE值为1.55，超大型数据中心平均PUE值也只有1.46。
2020年时国内数据中心的用电量已经超过2000亿千瓦时，占到了用电总量的2.7%，预计2023年数据中心的能耗就将超过2500亿千瓦时，2030年时将超过4000亿千瓦时，用电量占比也将上升到3.7%。就这个角度而言，解决数据中心的能耗问题，已经是摆在案前的棘手挑战。
工信部在《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》中，对数据中心的PUE进行了明确规定：2021年底新建大型及以上数据中心的PUE降低到1.35以下，到2023年时要低于1.3。北京、深圳等城市也对新建数据中心提出了严格要求，其中深圳已经发文鼓励PUE值低于1.25的数据中心。
联想到“碳达峰与碳中和”的时代背景，低PUE的“绿色计算”已经是不争的趋势。淘汰掉高耗能的组件，升级算力高、空间节省、碳排放低的新组件，已经是很多数据中心无法规避的现实问题。
在算力正在重塑产业格局的机遇面前，数据中心已然是无法拒绝的刚需，为数不多的选择在于提高算力效率并降低能耗，而能否找到新的散热方案，逐渐成为计算产业上下游必须应对的课题。
传统的散热方案以风冷为主，即将空气作为冷媒，把服务器主板、CPU等散发出的热量传递给散热器模块，再利用风扇或空调制冷等方式将热量吹走，也是散热系统消耗数据中心近半电力的主要诱因。
当PUE值被严格限定，绿色计算渐渐深入人心的时候，上世纪80年代就开始尝试的“液冷”技术，迅速成了产业上下游的新焦点。其实“液冷”技术的原理并不复杂，简单来说就是利用矿物油、氟化液等绝缘低沸点的冷却液作为冷媒，通过热交换将服务器的热量排出，并演变出了冷板式、喷淋式、浸没式等多种散热方案。
看似只是“冷媒”的改变，却为数据中心的节能降耗带来了诸多可能：
比如风冷热传导存在过程复杂、热阻总和大、换热效率较低等痛点，在很大程度上制约了数据中心的算力密度，并且常常会产生很大的噪声。液冷技术所呈现出的节能降耗、减少噪声、节约空间的特性，不可谓不诱人。
再比如风冷想要提高散热能力，最“简单粗暴”的做法就是提高风扇转速，可把热量带出去的同时，风扇和硬盘间也会形成大的漩涡，不规则的湍流可能会影响硬盘的读写能力，甚至会因为磁头震动导致硬盘报废。
液冷技术近乎完美地规避了这些不利因素，由于液冷方案是一个相对静止的环境，可以有效降低由空气、灰尘和震动引起的硬件产品故障率，且数据中心始终在低温环境中运行，极大地提升了内部电子元器件的使用寿命。
本文标题：数据中心能耗占比分析：液冷散热是数据中心节能减排最佳解决方案
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