液冷数据中心正成为行业新焦点。近年来，杭州、山东青岛等地纷纷投身液冷数据中心建设，阿里巴巴、华为、浪潮、中科曙光、海悟等头部IT企业也积极布局液冷技术。据称，液冷数据中心每年至少可节省30%的电量。市场权威分析机构预测，到2026年，液冷数据中心市场规模将从2018年的14.3亿美元激增至1205亿美元，年化复合增长率高达30.45%。那么，液冷数据中心究竟是什么？其发展现状如何？未来又呈现哪些趋势？
一、液冷数据中心：为服务器“降温”的新方案
随着互联网、云计算技术的迅猛发展，刷脸乘车、云办公、云直播已成为日常生活的重要组成部分，万物皆可“云”的时代已然来临，数据中心作为重要的基础设施，正成为各地发展的重点。近年来，贵州成功转型为“大数据之都”后，河北、山东、四川等地也纷纷开展大数据中心建设，推动社会数字化转型升级。在此背景下，液冷数据中心凭借其独特的优势，成为业内的“网红”技术。
液冷数据中心是指采用液冷技术和液冷服务器等设备的数据中心。与传统风冷服务器不同，液冷服务器通过液体取代空气作为冷媒，为发热部件进行换热，带走热量。液冷技术主要分为直接冷却和间接冷却两大类。直接冷却以浸没式液冷技术为主，又可分为相变和非相变两种；间接冷却则以冷板式液冷技术为主。
浸没式液冷技术是将发热器件完全浸没于液体中，通过直接接触进行热交换的冷却方式。通俗来讲，液冷技术就是利用液体代替空气，带走CPU、内存等IT发热器件产生的热量，为服务器提供局部冷却、整体“淋浴”甚至全部“泡澡”的散热效果。目前，液冷技术形式多样，常见的有冷板式液冷、浸没式液冷以及风液混合等。
二、液冷数据中心的五大优势
- 高效制冷，提升服务器性能：液体的传热效果远优于空气，是空气的25倍，且温度传递更快、更优。因此，液冷技术能够实现IT设备的高效制冷，提升服务器的使用效率和稳定性。同时，由于液体比热容大，吸收大量热量后自身温度变化不明显，能够稳定CPU温度，即使服务器遇到突发操作、运行功率激增，也不会引起CPU内部温度大幅升高，保障CPU在一定范围内超频工作而不会出现过热故障。
- 节能降噪，降低运营成本：液冷数据中心去除了传统风冷数据中心中的空调系统及对应的风冷基础设施，增加了循环泵，从而节约了建设成本。与风冷系统相比，液冷数据中心能节省约30%的能源，有效降低能源消耗比，可将PUE（数据中心能源效率指标）降至1.05，满足绿色数据中心的要求。此外，在相同散热条件下，液冷系统所使用的泵和冷却液系统噪声更小，可实现“静音机房”的效果。
- 提高密度，提升运算效率：液冷数据中心虽然增加了泵和冷却液系统，但省却了空调系统和相应基础设施的建设，节省了大量空间，可以容纳更多服务器。同时，液冷技术冷却能力优良，足以应对高功率密度数据中心的冷却需求，因此可以配置高密度的服务器，从而大幅提升数据中心的运算效率。
- 无视环境，适应性强：海拔高度是影响数据中心正常运行的重要因素之一。海拔越高，大气压或空气密度越低，空气介质冷却效应降低，散热能力下降。对于风冷数据中心，为保证散热效率，需调低空调系统温度，从而造成更多能量损耗。而液体比热容不受海拔与气压影响，因此高海拔地区液冷数据中心的散热效率与低海拔地区无异，仍能保持较高的散热效率，保证数据中心在高海拔地区的运行效率和性能。
- 余热利用，创造经济价值：数据中心IT设备24小时不间断运行并散发巨大热能。若这些热量直接排放到大气中，将造成能源浪费。液冷数据中心以液体为载体传递热量，可直接通过热交换接入楼宇采暖系统和供水系统，满足附近居民的供暖、温水供应等需求，既节省了能源，又为数据中心创造了附加价值。
浸没式液冷数据中心将计算、存储及网络设备基于液冷环境进行完全重构，将IT设备浸没在绝缘无腐蚀性的冷却液中，热量被冷却液吸收后直接通过冷却系统高效传导到外界，打破风冷散热瓶颈，实现PUE逼近1.0。同时，密封的箱体保障IT设备不受潮湿、有害气体、振动影响，提升设备可靠性达50%以上。自2015年起，阿里巴巴针对不同液冷技术和方案展开研究、探索与实践，最终实现了浸没式液冷的技术创新和规模部署。相比其他液冷技术，浸没式液冷具有高能效、高密度、高可靠、高可用等特点，更适合云计算数据中心的高可靠应用场景。
三、国内液冷数据中心发展现状：普及加快，应用案例丰富
近年来，绿色逐渐成为数据中心建设的主题，液冷数据中心迎来发展风口，普及速度加快。目前，国内已有多个液冷数据中心典型应用案例。
中科曙光硅立方液体相变冷却计算机采用浸没式相变液冷技术，将包括服务器芯片、主板在内的所有计算部件浸没于液态冷媒中，实现高效散热。硅立方一个机柜功率密度可达160kW，是传统风冷数据中心的4-5倍，能效比提升30%，PUE低至1.04。截至2020年12月，硅立方液体相变冷却计算机已在北京、南京、山西、甘肃、合肥等地建设应用，促进了区域的科技研发、产业集聚、转型升级与创新发展。
位于余杭钱江经济开发区的阿里巴巴浙江云计算仁和数据中心是全国首座绿色等级达5A的液冷数据中心，采用服务器全浸没液冷等多项节能技术进行规划设计与建造，PUE低至1.09，印证了仁和液冷数据中心领先的能效及绿色节能水平。该数据中心的落成不仅为杭州市经济发展提供强大动力，也为液冷技术的发展和应用积累了宝贵经验。
马来西亚气象局数据中心为更好地捕捉局部强对流天气、提升三维播报算力需求，配置了联想的冷板式液冷设备。水被送入服务器冷板，在组件周围循环并吸收热量后离开冷板，进入冷源实现冷却。据测算，应用液冷系统后，散热效果高达90%，有力支持了气象预测精度的提升。
从国家战略层面看，新基建加速落地，数字经济蓬勃发展，数据中心作为重要的信息通信基础设施，必将迎来新的发展机遇。从技术和产业层面看，浸没式液冷已成功从实验室走向小规模部署再到大规模部署，技术先进性得到充分验证，产业链也相对完善。以中科曙光、浪潮、阿里、华为等为代表的我国主流企业在液冷数据中心领域走在全球前列，在应用案例方面优势尤为明显。当前，中国液冷技术发展迅速，经历了实验室阶段和样机阶段，与国外基本同步，且在液冷技术的规模应用上积累了更为先进的经验。
四、国内液冷数据中心发展面临的挑战
- 技术可靠性争议：目前液冷数据中心发展的最大争议在于其可靠性。例如，电子器件长时间浸没在浸没液中是否会出现腐蚀情况、是否会影响器件功能和使用寿命、液冷管道的安全性如何保证等。不过，从目前液冷领域的技术进展和应用普及情况来看，数据中心电子器件的材料与冷却液兼容性更优良，功能性会大大增强，使用寿命也会延长。
- 行业标准缺失：行业标准的缺失极大地限制了液冷数据中心的发展。尽管近年来部分企业和协会推出了一些液冷细分领域标准，但液冷产品的质量和规格仍然参差不齐，液冷厂商处于各自为战的状态。因此，需要制定科学且完备的液冷行业标准，对发热设备和器件、冷却液体、液冷设备及运维等各个方面进行统一要求，以提高行业共识度，促进厂商之间的技术交流和对话，规范液冷市场健康发展。
- 客户认可度有待提升：一方面，液冷数据中心投资较高，应用多集中于高密计算场景，在现有通用计算场景下，市场替代空间还未实现规模化替代。另一方面，下游客户还未形成大规模应用液冷数据中心的习惯，对液冷技术的可靠性难以把握，对液冷技术能带来的能耗成本节约也存在质疑。
- 产业链和生态圈不成熟：当前，整个液冷行业处于起步萌芽阶段，新技术规模不大时不太容易发现问题和挑战，但规模扩大后就会出现一些问题。目前浸没式液冷数据中心建设最大的挑战在于整个产业链和生态圈不成熟。阿里巴巴经过长期摸索总结了一些规范，并通过开源的方式让大家都参与到生态圈建设中来，让所有用户都能快速搭建浸没式液冷数据中心系统。
五、液冷数据中心未来发展趋势
- 风液融合成为新趋势：未来数据中心温控市场将出现“风冷+液冷”融合发展的新格局。风冷技术不会被液冷技术完全取代，客户会根据不同需求选择不同的数据中心制冷方案。对于部署了较低单机柜功率的数据中心，客户依然会选择风冷的制冷方式；而针对超算、能源勘测等高密度大规模计算需求，综合考虑成本因素，灵活地选择冷板和浸没的混合液冷，部分功耗大的部件和设备改用液冷的解决方案也将成为热门。液冷技术将与风冷技术配合，共同助力行业发展。
- 向高效率演变：液冷数据中心并非一套简单的设备，而是全备的产业生态。随着一系列液冷设备及其配套产品的迭代发展，液冷生态系统将逐步完善。同时，作为液冷生态系统运行的主要保障，监控与运维设备也在不断发展。AI技术的融入将加快智能运维取代人力运维的进程，从而实现对复杂的液冷生态系统进行全面监控，准确把控故障，提高数据中心的运行和运维效率。
- 市场规模持续增长：未来数据中心市场将出现“风冷+液冷”协同发展的格局。未来三到五年将具备风冷与液冷互换的技术条件，在部署风冷的区域都可以部署液冷，实现把液冷变成默认配置的过程。保守估计，2025年中国冷板式液冷数据中心市场规模将达到757.1亿元，浸没式为526.1亿元；乐观估计，2025年中国冷板式液冷数据中心市场规模将达到784.9亿元，浸没式为545.4亿元。浸没式液冷数据中心凭借其优良的制冷效果，市场份额将实现较快增长。
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