随着我国全面实施双碳政策，绿色化发展已慢慢的变成为了国家和社会的共识。数据中心作为关键的碳排放源之一，降低能耗使用、建设绿色数据中心慢慢的变成了数据中心发展的必然趋势。

  在算力需求量开始上涨的时代，在绿色数据中心政策要求下，亟需一个使算力需求、散热效率、机房能耗相互平衡的数据中心解决方案。在此背景下，应用液冷技术的液冷数据中心应运而生，为新一代绿色数据中心提供了新的解决思路。

  风冷以空气作为冷媒。通过机房空调单元冷却外部空气，然后冷空气通过过道冷却服务器，完成与设备的热交换之后，返回机房空调单元。风冷技术需要全天运行空调制冷控制温度，导致传统风冷数据中心的能耗较高，PUE值普遍在1.4甚至1.5以上。

  风冷存在两大限制，一是风冷散热最高可冷却25KW的机柜,超出此功率风冷就无能为力。二是风冷技术散热必须在机房留足通道，以供冷热空气流动，限制了空间的最大化利用，不足以满足数据中心高密度部署要求。

  传统风冷需将环境热空气进行压缩制冷，为数据中心提供冷源，但当外部空气温度不高于预设的机房内温度，此时压缩机无需做功制冷，能耗降低。地区风冷就是将数据中心建设在寒冷地区，通过利用环境低温减少制冷设备运作，实现机房自然冷却，以达到散热效率提升、能耗降低的效果。但地区风冷仍是风冷技术，风冷冷却能力不够的问题依然存在。同时，地区风冷会导致数据中心的选址有着地理位置局限性。

  液体冷却是以液体代替空气作为冷媒，通过直接或间接接触电子器件，将服务器电子元件产生的热量转移。与空气相比，液体的比热容、导热率等物理及热力学特性更优，因此，采用液体作为冷媒可以大幅度减少冷媒的体积，降低传热温差，从而提升服务器的散热能力。

  同时，液冷以循环泵作为循环系统对发热电子元件进行降温，无需风冷相关设施。相比于风冷设施，循环泵的能耗十分低，因此液冷数据中心能节约约30%~50%的能耗，PUE值达到1.0~1.2。

  综合来看，液冷技术尚未形成成熟的产业链，也暂无大范围的应用案例，整体处于发展阶段。但从技术发展看，液冷技术既契合了未来数据中心的高计算密度趋势、满足服务器芯片散热需求，又能实现数据中心绿色节能降耗，符合国家政策要求，因此，液冷技术正愈发受到各产业的广泛关注。

  冷板式冷却将导热性较好的金属覆盖于主要的电子元器件上作为液冷板，电子元器件发热时通过液冷板将热量传递到冷却液中，冷却液再完成循环换热。冷板冷却技术是如今液冷数据中心采用最广泛的冷却方式，业界使用的冷板式服务器采用的均是液冷和风冷相结合的方式：对芯片采用液冷技术，对硬盘等其他电子元件仍采用风冷技术。腾讯采用冷板式冷却与IT设备微模块部署相结合，打造了液冷微模块数据中心，液冷模块的PUE接近1.1。

  直接式冷却将发热电子器件与冷却介质非间接接触实现换热。由于中间减少了接触热阻，传热路径更短，直接式冷却散热效率更高。

  浸没式液冷技术将服务器上所有发热电子部件全部浸没在冷却液内部，通过非间接接触液体进行热交换。

  浸没式液冷根据冷却液是否发生相态的变化，分为非相变浸没式液冷与相变浸没式液冷。

  非相变浸没式冷却技术使用的冷却液通常有较高的沸点，换热过程冷却液不发生相变，从始至终维持在液态，完全依靠冷却液的显热变化完成热量交换，以达到控温目的。非相变浸没式液冷主要工作原理如图。

  非相变浸没式液冷主要有两个优势,一是冷却液价格在液冷技术中相对而言更低,建设成本更低;二是换热过程中冷却液不发生相变,无需担心冷却液蒸发溢出或人员吸入的健康风险,更加有助于维护。

  阿里云计算有限公司在杭州建成的非相变浸没液冷数据中心（仁和数据中心），是我国首座绿色等级达到5A级的液冷数据中心，PUE低至1.09，各项指标符合技术要求。

  相变浸没式冷却技术使用的是低沸点的浸没冷却液，冷却液在吸收IT设备热量后温度上升沸腾相变成为气体，在此过程中通过潜热带走热量，实现电子器件的降温。

  相变浸没式冷却技术在非间接接触液体的基础上，也充分的发挥了冷却液的潜热能力，能够完全满足电子元件对散热的极端要求，是液冷技术中散热效率最高的冷却技术。

  但在相变浸没式冷却中，冷却液在循环散热过程中不断经历相变过程，整一个完整的过程涉及相态变化、重力作用等物理变化，因此在实际设计上需要仔细考虑密闭性、气压变化等问题，实现的技术难度较大。

  应用效果显示，在采用相变浸没式冷却技术之后，数据中心的PUE可达1.05左右。

  喷淋式液冷是芯片级器件精准换热，在各个发热电子元器件上设置喷淋口，通过重力或系统压力直接将冷却液喷洒至发热器件或与之连接的导热元件上，冷却液高速喷射到发热电子元件的表面上后，形成撞击效果，基于高速强制对流传热的原理，形成一个较薄的温度和速度边界层，该边界层不仅仅可以隔离受热表面与外部环境，也能不断吸收表面发散的热量；且因为该边界层的水流速度快，能够迅速带走热量，产生理想的传热效果。广州某企业在采用非相变喷淋冷却技术之后，称其PUE可达到1.05-1.10之间。

  目前关于喷淋式液冷技术的研究相对较少，技术尚未成熟，仍处于持续发展的阶段。

  对于各项实际使用的液冷技术，从各指标综合分析，相变浸没相比另外三项液冷技术的冷却效果更好。除了初期投入成本、承重要求和成熟度外，相变浸没在各方面的表现均优于或持平于另外三项液冷技术，从整体看，相变浸没冷却技术具有更加好的技术发展趋势。

  目前国内外都积极开展对于液冷技术的研究，国内主流液冷数据中心建设厂商为华为、浪潮等，都有成熟的液冷服务器产品及液冷数据中心。但从现在的状况来看，我国大范围使用液冷技术的数据中心占比仍比较低，绝大部分数据中心仍以风冷技术为主。

  国内当前对液冷数据中心的应用主要在超算、AI大模型计算等领域，金融、电信等行业随业务量的增长，也在逐步投入到液冷数据中心的规划与建设中。但大部分用户则对液冷技术仍持中立的观望态度：会主动了解液冷产品及相关数据中心解决方案，但较少有实际明确的液冷数据中心建设规划。

  液冷技术仍处于持续发展的阶段，相比起传统的风冷技术还存在较多劣势。但在当前高算力、绿色数据中心的趋势下，液冷技术的发展前途毋庸置疑。

  首先是其天然的技术优势。液体相比空气有着比热容高、导热能力强等天然优势，因此具备更强的冷却力，进而达到PUE降低的要求。

  其次是满足数据中心日益提升的散热与能耗需求。传统风冷在换热性能及能耗上面临瓶颈，而液冷技术依靠其天然优势，是当前数据中心高密度部署、能耗高、散热难的最优解决方案。

  最重要的国家政策驱动。随着双碳战略目标提出，中央政策要求大力推动绿色数据中心创建、运维和改造，走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路，实现数据中心持续健康发展。传统风冷已逐渐不足以满足国家政策要求，液冷将取代风冷成为契合国家要求的冷却模式趋势。

  为贯彻落实新发展理念，加快发展绿色金融，工商银行将建设绿色数据中心作为构建夯实新一代信息基础设施的重要任务。工商银行研读有关政策要求，认真总结绿色低碳技术措施的研究成果，同时结合数据中心建设项目的实践经验及真实的情况，编制《绿色数据中心建设运营规范》，为工商银行新建数据中心以及存量数据中心的规划、选址、设计、建设、运营、改造等工作提供技术指引。

  为对绿色低碳新技术更进一步研究，工商银行数据中心打造了基础设施新技术探讨研究和测试平台实验环境集装箱机房。实验环境集装箱机房基于预制化模块化的理念进行设计与建设，在此环境下开展液冷技术的试验和数据收集。经长时间运行分析，实验环境集装箱机房全年平均PUE为1.192，处于数据中心业界领先水平。

  2021年，工商银行在数据中心嘉定园区进行液冷机房的建设与液冷服务器的规模化部署。整体集群采用冷板式液冷高密度部署，该液冷集群部署包括计算节点与存储节点，其中计算节点采用刀片式冷板液冷服务器，存储节点采用机架式冷板服务器。目前，已部署的液冷服务器已经上线用于数据中心云环境，作为计算、裸金属、容器节点进行使用。经过长时间运行，该液冷集群相比传统机房风冷区域，PUE值大幅度降低，液冷区域的PUE值可达1.2。

  随着银行业务加快速度进行发展和金融生态场景的推陈出新，对信息系统高可用、灵活扩容、容灾能力的要求将大幅度的提高。工商银行将紧跟业界绿色政策，积极开展后续绿色数据中心规划工作，以更好地承接高并发业务下的信息系统稳定运行。

  液冷技术在国内还处于发展的阶段，但在减碳政策的推动下，业界对低能耗的需求增加，产业对液冷技术研发的投入加大，产品日趋成熟，液冷技术的发展前途被一致看好。

  随着金融行业IT架构的普遍云化和互联网金融理财产品的推广普及，金融行业数据中心算力需求也将逐步提升，最终也将面临能耗、散热等问题。建议金融行业时刻关注液冷服务器的技术发展与行业应用情况，结合国家政策要求、液冷技术的成熟情况及互联网业务的发展，打造一套高算力、低能耗、高可靠的金融数据中心体系，确保金融系统的高效、稳定运行。

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