随着企业数字化转型速度的加快，传统企业逐步开始适应云服务。据相关数据显示，2018年下半年，占比大的IaaS（基础设施即服务）市场同比增长88.4%。全年市场规模（IaaS/PaaS/SaaS）首次突破70亿美元大关。这就使得作为云服务载体的数据中心发展也随之水涨船高。
除此之外，很多政企出于自身需求，也在不断建设自用数据中心。据统计，目前全国公共机构数据中心已经超过4万个。虽然这些数据中心对于社会经济的发展贡献极大，但其产生的能耗问题也令人侧目。目前，数据中心用电量占公共机构总用电量的比例已经达到8%左右，而中央国家机关数据中心用电量占比更是高达30%。
虽然耗电如此弥巨，但数据中心本身对所在地的税收贡献微乎其微。同时在运营方来看，耗电量占其数据中心整体运营成本的比重也并不很大，所以改造或者应用新技术去节约能源的动力不足。这就使得北，上，广，深等一线城市只能不断对数据中心加码严控。
在这种背景下，如何降低能耗，就成为了数据中心建设和运营方不得不考虑的问题。众所周知，空调系统是目前数据中心能耗的大户。尤其是对于夏天的南方各省来说尤甚。目前虽然液冷技术经过多年的发展已经取得了长足进步，但成本制约因素很大，在相同规模下，传统的液冷在建设成本比采用气冷方式的数据中心要高出15%-20%。况且全浸式液冷，还需要对建设场地的承重有较高要求。再加上需要专业团队进行长期运维，所以很难在近两年内形成优势。
笔者曾经走访过南方很多数据中心，虽然有少部分应用了一定的水冷技术，但主要还是以风冷为主。这些数据中心在机房内部密闭的空间里，通过冷风将服务器散发出来的热量带走。这种制冷方式的优点在于建设成本很低，但缺点是建设周期长，且能耗极高。
日前，笔者参观了中国移动南方基地，在这里见到了一种采用“热管水冷＋空调/自然气冷”为核心技术的双通道散热系统。该系统“分而治之”的思路，或许能为我们降低数据中心能耗带来一些不错的启示。
中国移动南方基地内，应用双通道散热技术的微模块数据中心
目前数据中心从散热通道上来说，有单通道和双通道之分。前者是通过一种换热介质对IT设备进行冷却，这里面包括有单通道的气冷和液冷两种模式。但双通道的散热技术，则包括热管水冷、热管液冷、直接水冷。其特点是结合数据中心IT设备的热场特征，液冷通道对高热流密度元件进行精准散热，带走绝大部分热量，气冷通道对低热流密度元件进行高效散热，带走剩余热量。比如CPU还有其他的高发热、高热流密度元件可以采用这种精准的模式通过液冷散热。至于低热流密度的设备，则可以采用气冷模式，使用传统空调或者自然水进行散热。
图为目前中国移动第二代双通道散热技术的工作流程图
和传统的气冷，浸没式液冷相比。这种散热技术在液冷通道采用“热管水冷”，在气冷通道采用“空调/自然气冷”；供电方面则是市电直接供应到服务器。和传统市电先到UPS，再到设备的方式相比，能有效消除转换损耗。除此之外，因为省去了冷水主机和50%的供电备份设备，同时功率密度提高后也相应降低了土建的支出，所以这种双通道散热技术的数据中心在建设成本方面，和目前采用传统气冷方式的数据中心基本相当。
笔者注意到，在中国移动的机房内部，这种散热方式非常精妙。简单来说，就是用两根中空的散热铜管（热管），一端接在需要散热的元器件上方，另一端则接驳到服务器边缘的水冷板换热器处，当液体流经水冷板时会将散发的热量带走，然后经过换热器（板式换热器）进入冷却塔并进行循环，水冷板与板式换热器之间的水源也并无太高要求。使用中水即可。
图为服务器内部的液冷器件“热管水冷模块”，结构非常简单
至于那些低热流密度元件，则依然采用风冷。虽然并未完全摆脱空调，但由于主要热量已经被液冷系统带走，所以只需要极少的电力保持空调运转即可。并且，在该技术的第二代方案中，连气冷通道都取消了压缩机，整体散热系统能耗非常低，只需低容量的EPS即可在市电中断时维持散热能力，无需传统散热技术常用的大型蓄冷罐。
据中国移动南方基地的丘文博工程师介绍，液/气双通道散热技术由“工信部工业转型升级绿色制造项目”支持，经工信部组织的7位院士鉴定，达到国际领先水平。该技术可应用于各种类型数据中心，选址具有普适性。在效果方面，应用第一代双通道散热技术的数据中心，即使在高温高湿地区，也可实现PUE<1.2、单机架容量高达30kW、CPU内核温度≤54℃的不俗效果。同时，和第一代不同的是，中国移动正在测试的第二代技术，甚至可以直接利用自然冷却水，通过单体机柜封闭气流循环，实现“水/气换热”，将机柜内部的硬盘，内存等低热流密度元件发热量带走，整体PUE可以降低到1.1以下。
政府和业界对数据中心节能越来越重视，节能技术的发展也在加快，液冷技术将逐渐成为主流。目前对新技术的评价主要有能源利用率、资源利用率、安全可靠性、经济性、运维便利性、环境影响等维度。采用这种双通道散热技术的数据中心节能效果显著，资源利用率高，投资成本更低，更安全可靠。很适合新建数据中心，或者是具备改造条件的老旧数据中心。甚至在未来5G时代边缘数据中心大行其道以后，这种双通道散热方式也会有其不错的市场空间。
热门专题
