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行业技术研究:中国数据中心制冷行业技术水平、特点及未来发展趋势预测分析
行业技术研究:中国数据中心制冷行业技术水平、特点及未来发展趋势预测分析
【报告编号】: zj-yj-IT/tx-678785
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行业技术研究:中国数据中心制冷行业技术水平、特点及未来发展趋势预测分析


报告发布方:中金企信国际咨询《数据中心制冷行业市场发展机遇分析及项目投资可行性预测报告(2024版)

 

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1、数据中心制冷行业技术水平分析:在数据中心制冷领域存在多种技术路径的实现制冷目的,根据制冷量、应用场景及建设成本等维度不同,数据中心选择不同的制冷方式,但随着传统风冷逐渐无法满足新建高密度、高能耗的数据中心需求,数据中心制冷领域的技术也逐渐出现了革新。

研究资料显示:液冷技术已逐渐体现出其优势。液冷主要指的是利用液体替代空气,带走CPU、芯片组、内存条以及扩展卡等发热器件运行时产生的热量。具体而言,液冷技术的高效制冷效果有效提升了服务器的使用效率和稳定性,同时使数据中心在单位空间布置更多的服务器,提高数据中心运算效率。例如,冷板式液体冷却属于间接冷却技术,冷媒并不接触冷却对象,通过液冷板等高效热传导部件将热量传递至冷媒中;浸没式液体冷却技术需要直接接触热元器件,冷却液的电气性能要满足元器件之间的电气绝缘要求,并且黏度应尽量低;喷淋式液冷技术通过改造IT设备进行部署喷淋器件,在设备运行时针对性的冷却发热过高的器件。实际应用过程中,液冷技术可以有效降低IT设备制冷费用、节约水资源、节约机房空间。

液体传导热能效果和大比热容能够保障CPU在一定范围内进行超频工作不会出现过热故障,同时液冷数据中心省却空调系统和相应基础设施的建设,节省了大量空间,可以容纳更多的服务器。

应用液冷技术能够为数据中心节能、降噪。节省了风冷基础设施,只增加了循环泵,不仅节省建设成本,也大大降低了能耗,使数据中心整体更节能。同时采用液体冷却技术,避免了机房内多种风机的高速高频运转,与传统机房相比噪音值更低。

液体冷却服务器能够无视海拔、地域的差异,同时余热可以创造经济价值。液体比热容不受海拔与气压影响,可以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。

传统风冷方式与液冷方式的对比分析

 

液冷是指使用液体取代空气作为冷媒,为发热部件进行换热,带走热量的技术。而液冷服务器是指将液体注入服务器,通过冷热交换带走服务器的散热的一种服务器。一般来说,行业将液冷分为直接冷却和间接冷却。

目前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。间接冷却以冷板式液冷技术为主。冷板式液冷主要方向是为了实现标准化、通用化的应用于一般高密度的数据中心领域,而浸没式液冷目前主要集中应用于超高密度数据中心领域。曙光数创应用于现有高功率密度数据中心的产品主要采用浸没相变式液冷技术。

浸没式液冷技术原理图

 

浸没式液冷技术是一种以液体作为传热介质,发热器件浸没于液体中,通过直接接触进行热交换的冷却技术。整个浸没式液冷系统可分为两部分:室内侧循环和室外侧循环。在室内侧循环过程中,冷却液在密闭腔体中与发热器件进行热交换,冷却液吸收发热器件热量升温,沸腾形成冷却液气体。冷却液气体在液冷换热模块中与室外侧低温水进行热交换,经过冷凝和降温两个过程成为低温冷却液,重新输入到密闭腔体中,形成循环。浸没相变式液冷室内侧循环中热量转移主要是通过冷却液的相变实现的。

在室外侧循环中,低温水在液冷换热模块中吸收气态冷却液携带的大量热量变为高温水,由循环水泵输入到室外冷却塔。在冷却塔中,高温水与大气进行热交换,释放热量,变成低温水再由室外侧进水泵输送进液冷换热模块中与气态冷却液进行热交换,完成室外侧循环。在室外侧循环中热量转移主要是通过水温的升降实现的。

除了浸没式相变液冷外,冷板式液冷技术也有较好的应用前景。冷板式液冷是通过铜、铝等导热性较好的金属构成的冷板散热器,将发热元器件的热量传导给散热器中的冷却液体,将热量带走的冷却方式。整个冷板式液冷系统也可分为两部分,室外侧循环和室内侧循环。其中,室内侧循环热量转移主要是通过冷却液温度的升降实现,而室外侧循环中,热量转移主要是通过水温的升降实现。

2、行业技术特点:通过在节能性、成本、节地、CPU可靠性、机房环境等维度对数据中心基础设施的风冷、冷板式液冷和浸没式液冷技术水平和特点进行对比,可以看出液冷技术相较于风冷方式存在明显优势,更加节能、节地,成本更低,液冷数据中心运行更加稳定,其中浸没式液冷技术优势更加明显,是未来数据中心基础设施的发展方向。以下是数据中心基础设施制冷方面的技术水平和特点具体情况:

 

数据整理:中金企信国际咨询

3、行业技术发展趋势

1)预制化:随着数据中心建设部署向合理、高效方向发展,数据中心基础设施预制化将成为新的发展趋势。伴随信息技术的快速发展,业务竞争日趋激烈。一方面,用户对数据中心交付时间的要求缩短,数据中心建设投产的速度加快;另一方面,数据中心涉及的设备和系统繁杂,现场安装调试复杂,为了满足数据中心大规模快速高效部署,数据中心基础设施供应商对数据中心建设模式进行探索和创新,预制化成为一种新的建设模式。预制化模式预先标准化设计,工厂组装、集成、预测试,现场即插即用,实现快速安装、快速交付,并减少现场施工带来的安全隐患。未来数据中心基础设施预制化将加快向内外纵深扩展,逐步实现部件预制、设备预制、系统预制及建筑预制。

2)智能化:随着人工智能、物联网等新技术的广泛应用,数据中心基础设施逐步向智能化、自动化、无人化方向发展。在基础设施运维管理方面,将实现基础设施和多个子系统的集中管理,通过数字化3D和数字孪生技术,实现全局可视,包括部件级、设备级、链路级、数据中心级的运行状态、关键参数、故障告警等信息,帮助运维管理者更直观地掌控数据中心运行状态。在节能优化方面,基于历史数据,通过神经网络算法,指导数据中心根据当前负载工况,按预期进行对应的优化控制,实现最佳能效。

3)低碳化:在国家绿色数据中心、东数西算、碳达峰和碳中和的战略规划下,数据中心基础设施逐步向低碳零碳化发展,数据中心基础设施将在储能和能源再利用方面进行探索。一方面,通过利用电价波谷时段储能、电价波峰时段用能的模式降低数据中心基础设施的用电成本;另一方面,在太阳能、风能等可再生资源丰富的地区,数据中心基础设施通过储能等方式,对可再生能源进行合理利用。数据中心绿色高质量发展成为数据中心产业发展的主旋律,节能降耗、能源再利用将是未来发展方向,数据中心基础设施未来将不断探索相关技术,推动能源回收再利用,降低碳排放、减少对环境的影响。

 

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