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人工智能(AI)发展浪潮下液冷的发展趋势
乐迪(🛫)
2024-02-23 11:26:55

液冷是一种用液体来冷却电子设备的散热技术,能够显著提高数据中心散热效率。液冷技术根据冷却液与发热器件的接触方式不同,可以分为间接液冷和直接液冷,其中间接液冷主要包括冷板式液冷,直接液冷包括浸没式液冷和喷淋式液冷。冷板式液冷和浸没式液冷是目前主流的液冷形式,冷板式液冷应用最为广泛,在改造成本、可维护性、兼容性方面具备优势;浸没式液冷冷却效果最好,节能性上优势明显,但可维护性和兼容性一般,多用于高功率密度机柜。

控制当前数据中心温控方式仍以风冷为主,液冷方案中冷板式技术更为普及。2022年数据中心液冷技术的渗透率大概在5%~8%左右,风冷仍然占据90%以上的市场份额。按照服务器出货量口径统计,2023H1我国冷板式液冷服务器比例为90%左右,浸没式液冷渗透率为10%。

数据中心算力与能耗水涨船高,逐渐超出风冷散热阈值,液冷散热已是趋势所向。Chatgpt为代表的生成式人工智能模型拉升算力需求,百亿参数成为模型涌现门槛,算力成为大模型性能提升的关键。大模型带来大算力,大算力带来高功耗,Intel的多款CPU芯片的TDP已突破350W,NVIDIA 的H100系列GPU芯片TDP更是达到700W。这也导致单服务器和单机柜功率均显著上升,已经逐渐超出风冷散热的覆盖范围,液冷散热已成为必然趋势。

PUE限制是现阶段液冷技术发展的核心驱动力。PUE代表数据中心能源使用效率,等于数据中心总耗电/IT设备耗电,比值越接近于1,说明能源越接近全部都用于IT设备负载上。我国数据中心平均PUE为1.49,仍有半数区域的数据中心PUE位于1.5以上。近几年,国家与地方出台了一系列针对新建与老旧数据中心PUE的管控计划,明确要求东、西部枢纽节点数据中心PUE分别控制在1.25、1.2以下。而传统风冷方案的数据中心PUE一般在1.5左右,高于政策要求的范围;液冷方案能够有效降低冷却系统的能耗水平,从而将数据中心整体PUE降低到1.05-1.2左右,满足相关的政策要求。

数据中心TCO是液冷技术规模应用的关键因素。数据中心总成本(TCO)包括建设成本(Capex)和运营成本(Opex)。根据奕信通科技在2022年数据中心标准峰会发布的报告进行测算,以华东地区数据中心建设情况为例,现阶段冷板式液冷方案的TCO甚至Capex已经低于风冷,浸没式液冷方案的TCO也将在运行五年左右之后出现低于风冷方案的拐点。但是该测算结果依赖于一定的前提条件:如机柜功率达到30KW、不计算服务器折旧和服务器运营支出、水电费与房租等运营成本按华东地区情况计价、采用集中式大型IDC机房且IT设备在12个月线性上架后实现80%负载率、外界气温对制冷系统的能耗需求较高等。因此在西北部地区、较小型数据中心等场景下液冷技术的经济性尚没有完全体现。但在数据中心发展的大型化、集约化的趋势下,且液冷方案仍存在每年降本5-10%的空间,再考虑到液冷方案能够有效延长服务器使用寿命,未来液冷数据中心TCO的优势将更加明显。

控制数据中心液冷未来市场规模估算:到2025年,中国数据中心液冷市场规模将达到359亿元左右,CAGR达到72.4%;AI数据中心液冷市场规模将达到280亿元左右,CAGR达到71.4%;通用数据中心液冷市场规模将达到79亿元,CAGR达到76.2%。

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