耗能頗高的數(shù)據(jù)中心常被稱為“不冒煙的鋼廠”。這不僅是因?yàn)樘幚砥鬟\(yùn)行消耗大量電力，也是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心需消耗更多能源，來冷卻高溫運(yùn)行中的服務(wù)器。幾年間，數(shù)據(jù)中心處理器功耗持續(xù)攀升，大模型更添一把“火”，業(yè)內(nèi)正在尋找新的冷卻方式。
“原來一個(gè)機(jī)柜40多U（長(zhǎng)度單位），有那么高，功耗不到8000瓦，現(xiàn)在常用于訓(xùn)練或推理的4U八卡機(jī)功耗達(dá)到10千瓦，體積才那么大一點(diǎn)�！苯找粓�(chǎng)采訪中，綠色云圖總經(jīng)理、網(wǎng)宿科技副總裁胡世軒用手比劃，向記者形容，服務(wù)器機(jī)柜變小了，但一臺(tái)高度不到2分米的服務(wù)器，現(xiàn)在卻成為功耗“怪獸”。
推高功耗表現(xiàn)的一大原因是AI。AI處理器功耗隨著性能提高而提高，傳統(tǒng)風(fēng)冷不再適合。有業(yè)內(nèi)人士告訴記者，目前各種液冷技術(shù)還在競(jìng)賽，但從大趨勢(shì)看，液冷已逐漸成為新建智算中心的標(biāo)配。
數(shù)據(jù)中心功耗難題
全球AI基礎(chǔ)設(shè)施競(jìng)賽還在進(jìn)行。與此同時(shí)，應(yīng)用于AI場(chǎng)景的高性能芯片功耗越來越高。山西證券研報(bào)引用S&P Global數(shù)據(jù)稱，2017年主流芯片廠商TDP（熱設(shè)計(jì)功耗）僅200瓦左右，到2023年，一般GPU的TDP已經(jīng)達(dá)到350~700瓦，英偉達(dá)新一代B100功耗甚至超過1000瓦。
“原來一臺(tái)服務(wù)器功率大概500瓦、1000瓦，現(xiàn)在單張芯片就能達(dá)到500瓦了�！� 胡世軒向記者形容。
高功耗導(dǎo)向高排放。谷歌近日在其年度環(huán)境報(bào)告中指出，2023年公司溫室氣體排放量達(dá)到1430萬噸碳當(dāng)量，比2019年基準(zhǔn)高出48%。谷歌2023年與能源相關(guān)的排放量同比增長(zhǎng)37%，排放主要來自數(shù)據(jù)中心電力消耗。微軟總裁布拉德·史密斯5月也承認(rèn)，公司的減排目標(biāo)受到人工智能戰(zhàn)略的影響。
高功耗導(dǎo)致芯片出現(xiàn)高溫，進(jìn)而影響芯片性能，業(yè)內(nèi)將這一現(xiàn)象成為“功耗墻”。冷卻成為必不可少的手段。一般而言，數(shù)據(jù)中心有約40%的功耗用于制冷系統(tǒng)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心多采用風(fēng)冷等傳統(tǒng)冷卻方式，但因應(yīng)對(duì)高功耗時(shí)的低能效，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了取代風(fēng)冷的聲音。
今年早些時(shí)候，英偉達(dá)CEO黃仁勛表示，液冷技術(shù)將成為AI算力的下一個(gè)趨勢(shì)性領(lǐng)域。英偉達(dá)從B100產(chǎn)品開始便采用液冷技術(shù)�！包S仁勛認(rèn)為浸沒式液冷是未來方向，這是他的觀點(diǎn)，不一定代表業(yè)界對(duì)液冷技術(shù)走向的共識(shí)，但高功耗情況下，液冷確實(shí)是需要的。”一名服務(wù)器業(yè)內(nèi)人士告訴記者，如果說風(fēng)冷是吹風(fēng)扇、空調(diào)，液冷則像泡澡。
英特爾資深技術(shù)專家近日接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時(shí)解釋，之所以風(fēng)冷不適應(yīng)高功耗場(chǎng)景，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)風(fēng)冷風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快、散熱效果越好、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)耗能越高，但轉(zhuǎn)速達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)后散熱效果提升有限，功耗卻上升明顯。風(fēng)冷對(duì)300瓦、350瓦功耗以上的處理器而言性價(jià)比不高。
記者從多名服務(wù)器業(yè)內(nèi)人士了解到，今年服務(wù)器出貨增長(zhǎng)較明顯的是智算中心常用的AI服務(wù)器。“據(jù)我們觀察，新建數(shù)據(jù)中心的冷卻方式以液冷為主，風(fēng)冷較少。我們和中國(guó)臺(tái)灣、美國(guó)的產(chǎn)業(yè)上下游廠商聊，發(fā)現(xiàn)大家的感覺都是‘今年跟以前明顯不一樣’。” 以上技術(shù)專家告訴記者，從存量市場(chǎng)看，多數(shù)數(shù)據(jù)中心仍采用風(fēng)冷，應(yīng)對(duì)高功耗時(shí)需通過加裝更多電風(fēng)扇、做大散熱器等方式‘打補(bǔ)丁’，確保已有處理器還能使用。但未來幾年，隨著數(shù)據(jù)中心逐漸轉(zhuǎn)向液冷，芯片廠商可能會(huì)轉(zhuǎn)向推出只考慮液冷環(huán)境下運(yùn)行的芯片。�？松梨诤铣苫A(chǔ)油業(yè)務(wù)部門亞太市場(chǎng)總監(jiān)王欣也感受到，今年數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻液的需求有所增長(zhǎng)。
粗略分，液冷目前主要有兩種方式，冷板式液冷不需要浸沒芯片，浸沒式液冷則是將整臺(tái)服務(wù)器包括芯片浸在液體中，由液體帶走熱量。胡世軒向記者形容，做通用計(jì)算的數(shù)據(jù)中心發(fā)熱量不大，沒有必要打破由冷機(jī)、空調(diào)降溫的方式，而當(dāng)智算中心單U功耗達(dá)0.5千瓦的臨界值時(shí)，液冷的效果和性價(jià)比都更高。
“液冷和風(fēng)冷相比，數(shù)據(jù)中心能節(jié)省20%以上能耗，我判斷其中用在制冷上的能耗可節(jié)省80%以上。風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心PUE（數(shù)據(jù)中心電能利用效率）一般在1.5左右，有的地方要求做到1.3，從我們做的項(xiàng)目看，浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心PUE則能做到1.1以下。” 胡世軒表示。
仍在發(fā)展初期
液冷能以較低能耗冷卻數(shù)據(jù)中心的處理器，但作為相對(duì)新興的技術(shù)，目前部署液冷的價(jià)格仍偏高，各種液冷技術(shù)也仍在爭(zhēng)流。
液冷有一些技術(shù)挑戰(zhàn)需要攻克。王欣告訴記者，浸沒式液體把服務(wù)器所有硬件泡在里面，材料兼容是關(guān)鍵難題，此外，需要解決信號(hào)穩(wěn)定性、散熱性等問題，冷卻液廠商需要持續(xù)研發(fā)和更新。
此外，記者了解到，目前各方對(duì)冷卻方案的選擇各有判斷，共識(shí)還未形成。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC數(shù)據(jù)，去年國(guó)內(nèi)液冷服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)52.6%，其中95%采用冷板式液冷。技術(shù)路線上看，冷板式和浸沒式都有單相和兩相兩種技術(shù)路線，單相采用氟碳化合物或合成油，雙相目前只有氟碳化合物散熱能力較高。
上述英特爾資深技術(shù)專家表示，單相冷板散熱效果出色、業(yè)界采用較多，但無法根除液體泄漏風(fēng)險(xiǎn)。兩相冷板所用的氟化物冷卻液泄漏后不會(huì)造成電路短路，但氟化物對(duì)環(huán)境有影響。氟化物在國(guó)際上有減少或禁止使用的趨勢(shì)，英特爾目前支持基于合成油的單相冷板和單相浸沒式液冷技術(shù)。產(chǎn)業(yè)鏈也在根據(jù)目前的技術(shù)挑戰(zhàn)做調(diào)整。王欣表示，氟化液冷卻液非常穩(wěn)定，在自然界中不容易降解且價(jià)格較高，公司推出對(duì)環(huán)境影響較小的無PFAS（全氟和多氟烷基物質(zhì)）浸沒式冷卻液，正與產(chǎn)業(yè)鏈合作，滿足浸沒式冷卻場(chǎng)景的技術(shù)指標(biāo)。
整體而言，上述英特爾資深技術(shù)專家告訴記者，現(xiàn)在液冷還沒有某種技術(shù)比另一種技術(shù)更有統(tǒng)治性優(yōu)勢(shì)，未來需求也還不明確，每個(gè)技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)，而且為了適應(yīng)未來需求還在繼續(xù)演進(jìn)。另有業(yè)內(nèi)人士告訴記者，液冷上游供應(yīng)鏈有不少廠家，技術(shù)有壁壘，競(jìng)爭(zhēng)也較激烈。
價(jià)格方面，胡世軒告訴記者，浸沒式和冷板式液冷的價(jià)格今年都在往下走。建造成本看，浸沒式液冷比傳統(tǒng)風(fēng)冷貴5%~8%，但預(yù)計(jì)部署規(guī)模增大后，兩年內(nèi)可以做到風(fēng)液同價(jià)。冷卻液廠商也在推動(dòng)冷卻液迭代降價(jià)，現(xiàn)在已有產(chǎn)品價(jià)格比氟化物冷卻液低很多。
目前，液冷產(chǎn)業(yè)鏈上游為零部件及液冷設(shè)備廠商，國(guó)產(chǎn)廠商包括英維克、綠色云圖等，中游為液冷服務(wù)器及芯片廠商、液冷集成設(shè)施廠商，包括中興、浪潮、曙光、新華三等。產(chǎn)業(yè)鏈已形成一些合作。英特爾與綠色云圖、立訊精密、�？松梨诘群献鏖_發(fā)液冷解決方案，6月推出PUE低于1.05的G-Tank浸沒式冷卻解決方案。英偉達(dá)則與液冷設(shè)備提供商Vertiv合作，超微電腦也針對(duì)英偉達(dá)芯片推出液冷系統(tǒng)。
從相關(guān)性較大的產(chǎn)業(yè)鏈上市企業(yè)看，部分股價(jià)或業(yè)績(jī)受液冷需求增長(zhǎng)催化，但整體冷熱不均。Vertiv股價(jià)從年初的每股45美元左右漲至美股7月11日92.86美元/股。英維克7月11日發(fā)布今年上半年業(yè)績(jī)預(yù)告，稱機(jī)房溫控節(jié)能產(chǎn)品增長(zhǎng)較快，上半年凈利潤(rùn)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)80%～110%。全棧布局液冷的服務(wù)器廠商浪潮2023年曾受專用芯片供應(yīng)緊張影響，營(yíng)收、凈利潤(rùn)均同比減少，今年上半年預(yù)計(jì)營(yíng)收同比增長(zhǎng)60%以上。
今年第一季度，中科曙光旗下布局?jǐn)?shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)的曙光數(shù)創(chuàng)營(yíng)收則同比下降94.22%，凈利潤(rùn)虧損，公司相關(guān)負(fù)責(zé)人5月在投資者活動(dòng)上提及，冷板產(chǎn)品門檻低于比浸沒液冷產(chǎn)品，仍處于發(fā)展初期，很多同行業(yè)公司都在進(jìn)入冷板市場(chǎng)搶奪份額，導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)激烈，公司目前以搶占市場(chǎng)份額為主，長(zhǎng)遠(yuǎn)看預(yù)計(jì)毛利會(huì)改善。
