低碳高“芯”，数据中心跑步进入液冷时代

        随着云计算、大数据、人工智能、元宇宙等信息技术的快速发展和传统产业数字化的转型，数据呈现几何级增长，算力和硬件能耗也在持续增加，而在“双碳”政策的持续推进下，国家、地方政府、企业层面均在积极推动绿色低碳转型和可持续发展，通信领域对数据中心节能降耗要求越来越严格。

        《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》表示，到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下；“东数西算”工程中，要求内蒙古、贵州、甘肃、宁夏4处枢纽设立的数据中心集群PUE控制在1.2以下，京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝4处枢纽设立的数据中心集群PUE控制在1.25以下。为保证政策合规性，数据中心需要从多个方面节能减碳，其中，制冷系统耗能巨大，仅次于IT设备，提升制冷效率成为降低PUE、实现节能减碳的重要手段。

另一方面，芯片功率密度的攀升带来整柜功率密度的增长，当前最大已超过30kW/机架，对机房制冷技术提出了更高的挑战。在“数字经济”和“双碳”大背景下，不断提升的芯片热流密度和严苛的设备能耗设计要求成为制冷技术不断演进的两大重要驱动力，液冷作为数据中心新兴制冷技术，被应用于解决高功率密度机柜散热需求。

液冷技术简介

        液冷是一种采用液体带走发热器件热量的散热技术，适用于需提高计算能力、能源效率、部署密度等应用场景；液冷利用了液体的高导热、高热容特性替代空气作为散热介质，同传统强迫风冷散热相比，具有低能耗、高散热、低噪声、低TCO等优势，是解决数据中心散热压力和节能挑战的必由之路。

        液冷技术分为接触式及非接触式两种，接触式液冷是指将冷却液体与发热器件直接接触的一种液冷实现方式，包括浸没式和喷淋式液冷等具体方案。非接触式液冷是指冷却液体与发热器件不直接接触的一种液冷实现方式，包括冷板式等具体方案。其中，冷板式液冷采用微通道强化换热技术，具有极高的散热性能，目前行业成熟度最高；而浸没式和喷淋式液冷实现了100%液体冷却，具有更优的节能效果。

        液冷系统通用架构及原理如图1所示：室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液；室内侧包含CDU、液冷机柜、ICT设备、二次侧管网和二次侧冷却液。

图1   液冷系统通用架构原理图

中兴通讯ICT液冷一体化解决方案

        作为全球领先的综合性通信制造业上市公司和全球通信解决方案提供商之一，中兴通讯一直致力于将液冷技术应用到通信领域，已完成单板级、插箱级、机柜级、机房级四个不同维度的液冷技术攻关，形成鲜明的技术特点，并推出ICT液冷一体化解决方案。中兴通讯ICT液冷一体化解决方案架构如图2所示，方案实现DC液冷数据中心机房、IT液冷服务器设备、CT液冷路由交换设备一体化集成开发、交付。

图2   中兴通讯ICT液冷一体化方案架构图

        液冷一体化解决方案实现了液冷系统能耗最优、成本最优，并大幅缩短开发和交付周期，具备多项技术优势。

        - 更节能：冷却塔、CDU（制冷剂分配单元）、IT、CT设备控制联动，基于算力需求和环境情况，AI实时调控运行参数，保持最低运行能耗；

        - 高可靠：液冷系统整体采用可靠性设计，液体润湿面材料综合选择控制；系统全面监测，异常情况提前预判、及时告警/处理；

更省钱：从技术、方案、交付层面拉通，提供整体解决方案，实现产品及机房级的标准化和模块化设计，并最大程度促进组件共用和控制优化，实现低能耗、低成本；

        - 更快速：设备模块化、接口标准化，实现更快速的安装交付。

        液冷一体化解决方案中的冷板系统通常用于解决设备内芯片、内存条等主要发热元件产生的热量（60%~80%），设备内剩余的发热量（20%~40%）仍需要通过空调系统解决。中兴通讯可提供间蒸空调、氟泵空调、冷冻水系统等多种空调系统解决方案，适配不同的应用场景和客户需求。

中兴通讯液冷数据中心技术实践和应用

        液冷一体化解决方案统一解决了ICT设备的散热问题，其中IT设备液冷可以是单个液冷服务器节点或整个液冷机柜。关键部件包含：液冷工质、液冷板、流体连接器、分液器、液冷管路以及漏液检测装置。CT设备无水液冷系统组成与IT设备相似，但CT设备产品架构复杂、可靠性要求高，无水液冷系统方案设计过程中需要重点考虑系统可靠性、在线维护性、单板兼容性，以及单板间流量分配均匀性等问题。

        为了验证液冷系统冷却能力和节能效果，测试自研液冷产品的性能和可靠性，中兴通讯在南京滨江部署了液冷实验局（见图3），采用液冷背门替代机房传统空调后可进一步降低PUE，本项目年均PUE可达1.14。同时，液冷背门与CDU共用一次侧系统可简化冷却系统架构，降低系统的初投资。

图3  中兴通讯在南京滨江部署了液冷实验局

        此外，中兴通讯、中国电信研究院和中国电信云计算公司联合，开展大容量核心机房能源改造方案探索，通过液冷散热技术解决机房能耗高、空间利用率低问题，建设了T8000核心路由器的冷板式液冷试验局。实验局实现核心芯片运行温度降低10℃，理论故障率约减少一半；整机噪声降低6dB（A）以上，极大改善了机房环境，保护了工作人员身体健康；大容量核心机房综合PUE≤1.2，还解决了高功率路由器空调散热难的问题，充分体现了液冷代替风冷的巨大优势。  

        当前行业内液冷技术成熟度、规范化和标准化工作有待进一步提升，中兴通讯希望与产业链上下游密切合作，共同推进液冷技术的快速发展，促进数据中心节能建设和国家双碳目标达成。