毫無(wú)疑問(wèn)，在“雙碳”戰(zhàn)略的大環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心走向綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展已成為“不可逆”的大趨勢(shì)，特別是隨著全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心、新型數(shù)據(jù)中心等政策文件的出臺(tái)、“東數(shù)西算”工程的正式啟動(dòng)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量呈現(xiàn)出快速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這也意味著數(shù)據(jù)中心行業(yè)所面臨的“雙碳”任務(wù)更加艱巨與緊迫，同樣也對(duì)服務(wù)器產(chǎn)品的“節(jié)能減排”提出了更高的要求。

也正因此，液冷幾乎成為未來(lái)新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的唯一選擇。在此背景下，浪潮信息持續(xù)踐行“All in 液冷”戰(zhàn)略，目前已建成產(chǎn)能亞洲最大的液冷基地，構(gòu)筑了研發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)、品控、交付的全鏈條液冷智造能力。

更為關(guān)鍵的是，在液冷技術(shù)創(chuàng)新方面，浪潮信息還通過(guò)積極的實(shí)踐和探索，自研了一種可以使得液冷系統(tǒng)二次側(cè)均為負(fù)壓的動(dòng)力單元——液環(huán)式真空CDU，徹底避免了漏液?jiǎn)栴}的發(fā)生。這項(xiàng)技術(shù)最大的創(chuàng)新點(diǎn)，在于突破了液冷循環(huán)系統(tǒng)必須采用高壓水泵，才能實(shí)現(xiàn)液體循環(huán)流動(dòng)的“定律”，它僅依靠真空泵通過(guò)不同傳感器控制多腔室功能切換，即可實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)流動(dòng)，在技術(shù)極簡(jiǎn)化的同時(shí)，也讓液冷系統(tǒng)變得更加低風(fēng)險(xiǎn)和高可靠，真正推動(dòng)液冷系統(tǒng)安全從過(guò)去的“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”到“主動(dòng)防御”的轉(zhuǎn)變。

客觀地說(shuō)，在液冷技術(shù)正在走向產(chǎn)業(yè)化的趨勢(shì)下，浪潮信息這種敢于創(chuàng)新，勇于創(chuàng)新的態(tài)度和精神，也將加速數(shù)據(jù)中心邁入液冷時(shí)代，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力百行千業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳化高質(zhì)量發(fā)展。

直面液冷系統(tǒng)安全挑戰(zhàn)

在液冷技術(shù)領(lǐng)域，目前常用的液冷技術(shù)通常是浸沒(méi)式液冷和冷板式液冷。其中，浸沒(méi)式液冷由于成本高、維護(hù)困難，因此在市場(chǎng)中的應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較?。欢浒迨揭豪鋭t是通過(guò)發(fā)熱器件與裝有液體的冷板直接接觸來(lái)散熱，或者由導(dǎo)熱部件將熱量傳導(dǎo)到冷板上，然后通過(guò)冷板內(nèi)部液體循環(huán)帶走熱量，因此可以有效地滿足高功耗、高密度散熱數(shù)據(jù)中心的需求。

不僅如此，冷板式液冷技術(shù)，由于服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不用直接接觸液體，對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，可操作性更強(qiáng)，經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年市場(chǎng)的探索與實(shí)踐，冷板式液冷目前也成為了整個(gè)市場(chǎng)成熟度最高、應(yīng)用最廣泛的液冷散熱方案。

而與此同時(shí)，冷板式液冷也面臨著當(dāng)前液冷技術(shù)應(yīng)用中存在的漏液風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)液冷系統(tǒng)內(nèi)部為正壓，即系統(tǒng)內(nèi)部流體壓力大于外部大氣壓，因此存在著當(dāng)系統(tǒng)某處管路發(fā)生破裂、松動(dòng)或冷板腐蝕后冷卻液泄漏的問(wèn)題，而目前廣泛使用的水和丙二醇水溶液等冷卻液通常具有導(dǎo)電性，由此就會(huì)造成服務(wù)器損毀，并引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。此前，某全球大型互聯(lián)網(wǎng)托管廠商的一套水冷系統(tǒng)發(fā)生冷卻液泄漏事故，直接導(dǎo)致其在巴黎數(shù)據(jù)中心內(nèi)的一臺(tái)存儲(chǔ)陣列遭受損壞，進(jìn)而引發(fā)超過(guò)5000個(gè)網(wǎng)站長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的服務(wù)中斷。

此前，針對(duì)冷卻液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)界也有對(duì)應(yīng)的一些解決方案，那就是安裝漏液檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻液泄露時(shí)，進(jìn)行及時(shí)的告警，盡快定位泄露節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，而這種方案當(dāng)小型泄露發(fā)生時(shí)，其應(yīng)對(duì)能力尚為有效，而當(dāng)出現(xiàn)液柱大口噴射的情況時(shí)，突發(fā)且短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散可導(dǎo)致系統(tǒng)宕機(jī)，使得漏液檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法規(guī)避事故損害。

基于這樣的市場(chǎng)“痛點(diǎn)”，浪潮信息“反其道而行之”的推出了一種可以使得液冷系統(tǒng)二次側(cè)均為負(fù)壓的動(dòng)力單元——液環(huán)式真空CDU，其最大的創(chuàng)新和突破，就在于從根源解決了漏液?jiǎn)栴}，在負(fù)壓環(huán)境下，當(dāng)管路發(fā)生破裂時(shí)冷卻液不會(huì)外泄，而是會(huì)被“吸”回管路內(nèi)，解決系統(tǒng)安全隱患。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)這種多腔室切換的負(fù)壓液冷系統(tǒng)，突破了液冷循環(huán)系統(tǒng)只有采用高壓水泵才能實(shí)現(xiàn)液體循環(huán)流動(dòng)的“定律”，實(shí)現(xiàn)了僅依靠真空泵通過(guò)不同傳感器控制幾個(gè)腔室的功能切換即可實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)流動(dòng)，在技術(shù)極簡(jiǎn)化同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了可靠性的大幅提升。

具體而言，浪潮信息自研的這套液環(huán)式真空CDU，主要包括真空動(dòng)力單元和腔室切換單元，真空動(dòng)力單元主要包括真空泵、抽吸氣管路、電磁閥等部件，能夠?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行提供驅(qū)動(dòng)力；腔室切換單元包括液位傳感器、水箱、單向閥等部件，則能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供冷卻液。同時(shí)，在以上兩個(gè)單元合力作用下，即可保證冷卻液在腔室中循環(huán)流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)該負(fù)壓液冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

相比傳統(tǒng)的CDU技術(shù)，浪潮信息自研的液環(huán)式真空CDU液冷技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了液冷系統(tǒng)的低風(fēng)險(xiǎn)、高可靠，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一是解決了冷卻液泄露問(wèn)題，無(wú)需漏液監(jiān)測(cè)設(shè)備；第二是其運(yùn)用真空泵制造的壓差小于1個(gè)大氣壓，因此也降低了對(duì)液冷管路、流體連接器耐壓性的要求，最大化提升了系統(tǒng)可靠性，也將有力地推動(dòng)冷板式液冷技術(shù)的普及。

被動(dòng)應(yīng)對(duì)變?yōu)橹鲃?dòng)防御

但是，要保證這套負(fù)壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，僅利用真空泵提供動(dòng)力，讓冷卻液在系統(tǒng)中真正“流起來(lái)”且“流得穩(wěn)”并不容易，這是浪潮信息在液環(huán)式真空CDU液冷技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要去解決和突破的核心問(wèn)題，同時(shí)也對(duì)其技術(shù)研發(fā)的工程師們帶來(lái)了巨大的考驗(yàn)。

據(jù)了解，為了讓液環(huán)式真空CDU技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)落地，浪潮信息的技術(shù)研發(fā)工程師在研發(fā)過(guò)程中無(wú)論是在方案的邏輯設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件選型以及適應(yīng)性設(shè)計(jì)和技術(shù)難點(diǎn)攻克等方面都做了深入的調(diào)研，并通過(guò)大膽探索和勇于的實(shí)踐，最終找到了最為“匹配”的解決方案，由此讓液環(huán)式真空CDU在冷板式液冷領(lǐng)域成為了一項(xiàng)“顛覆性”的技術(shù)創(chuàng)新。

首先，在邏輯設(shè)計(jì)方面，浪潮信息的技術(shù)工程師希望從“根源”上化解冷卻液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，首先就是要保障整個(gè)負(fù)壓液冷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，由于技術(shù)路線選擇的是二次側(cè)均為負(fù)壓的動(dòng)力單元設(shè)計(jì)，因此在保證二次側(cè)出口的壓力是負(fù)壓的同時(shí)，又要保證液冷系統(tǒng)提供的壓力和壓差能夠?qū)崿F(xiàn)最大化。

圍繞這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，浪潮信息的技術(shù)研發(fā)工程師提出了很多不同版本的方案，同時(shí)進(jìn)行了多次迭代，從理論設(shè)計(jì)，到方案可行性再到實(shí)現(xiàn)成本方面都進(jìn)行了廣泛的評(píng)估，尋找最優(yōu)的邏輯方案，最終設(shè)計(jì)出了一種多腔室切換的負(fù)壓液冷系統(tǒng)。在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)腔室的液位高度來(lái)控制不同閥門(mén)開(kāi)閉，使冷卻液不斷在不同腔室間流動(dòng)切換，保證液環(huán)式真空CDU負(fù)壓液冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

其次，在關(guān)鍵部件選型方面，浪潮信息遇到的最大挑戰(zhàn)在于，由于液環(huán)式真空CDU技術(shù)在業(yè)內(nèi)屬于全新的創(chuàng)新，因此很多關(guān)鍵部件在在整個(gè)行業(yè)中都是首次設(shè)計(jì)，如真空動(dòng)力單元中的真空泵、電工閥、電磁閥等關(guān)鍵部件在常規(guī)的CDU方案中都沒(méi)有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可供參考，再加上市場(chǎng)上提供的部件種類(lèi)以及產(chǎn)品規(guī)格也十分復(fù)雜多樣，因此如何選擇和液環(huán)式真空CDU技術(shù)最為適配的關(guān)鍵部件，并且還要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)調(diào)試讓其能夠與系統(tǒng)之中形成最佳的運(yùn)行狀態(tài)，同樣也是浪潮信息需要去解決的問(wèn)題。

因此，浪潮信息的技術(shù)研發(fā)工程師本著“每一處細(xì)節(jié)、每一個(gè)部件，都要做到極致安全可靠”的原則，在部件選型方面，采用了水環(huán)真空泵，這種產(chǎn)品真空度高，吸氣可少量帶液，同時(shí)還選擇了分離效率高且體積小的氣旋式氣液分離方案，最大限度的解決了真空泵排氣帶液?jiǎn)栴}，同時(shí)也減少補(bǔ)液的問(wèn)題，便于維護(hù)；除此之外，由于系統(tǒng)中氣閥的開(kāi)關(guān)切換頻次約百萬(wàn)次/年，對(duì)部件選型可靠性要求也很高，浪潮信息綜合考慮尺寸、流通性能、使用壽命等因素，經(jīng)過(guò)多種氣閥比對(duì)篩選和適配，找到了最優(yōu)解。

最后，在適應(yīng)性設(shè)計(jì)方面，浪潮信息自研的液環(huán)式真空CDU技術(shù)還做了適應(yīng)性設(shè)計(jì)且全部落地實(shí)現(xiàn)，例如防凝露、故障定位等。在此基礎(chǔ)上，浪潮信息這套方案還攻克了很多涉及到負(fù)壓可靠性和穩(wěn)定性的技術(shù)難點(diǎn)，包含系統(tǒng)局部汽化、漏氣、排氣含濕量過(guò)大、單真空泵運(yùn)行可靠性較低等。在這方面，浪潮信息做了很多的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，包含防汽化功能開(kāi)發(fā)、節(jié)點(diǎn)側(cè)漏氣檢測(cè)、排氣除濕功能開(kāi)發(fā)、泵冗余設(shè)計(jì)等，目前已輸出7篇專(zhuān)利，其中2篇PCT（國(guó)際專(zhuān)利），1篇已國(guó)內(nèi)授權(quán)。

以防汽化功能為例，在液環(huán)式真空CDU中，防汽化往往是保障負(fù)壓液冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重，核心的原因在于，由于負(fù)壓系統(tǒng)壓強(qiáng)低，對(duì)應(yīng)冷卻液的沸點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)變低，因此在系統(tǒng)末端壓強(qiáng)最小處存在較高的汽化風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)此，浪潮信息自主研發(fā)二級(jí)防汽化功能，開(kāi)發(fā)了防止系統(tǒng)末端局部汽化的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)回路末端冷卻液溫度和壓強(qiáng)，并根據(jù)信號(hào)反饋結(jié)果建立分析模型，判定是否存在汽化風(fēng)險(xiǎn)，CDU再根據(jù)控制系統(tǒng)輸出的信號(hào)調(diào)節(jié)供液溫度或壓力，進(jìn)而最大化的避免了汽化問(wèn)題。例如，當(dāng)供液溫度為50℃時(shí)，回液溫度為67℃，假定汽化點(diǎn)為70℃，設(shè)置5℃的余量，回液溫度應(yīng)為65℃，則供液溫度應(yīng)設(shè)置為48℃。

又如在漏氣檢測(cè)方面，液環(huán)式真空CDU技術(shù)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)管路破裂時(shí)冷卻液不會(huì)泄露流出，但同時(shí)可能會(huì)有氣體進(jìn)入管路，進(jìn)而影響系統(tǒng)散熱效率。對(duì)此，浪潮信息專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了節(jié)點(diǎn)側(cè)漏氣檢測(cè)解決方案，并率先在方案中，將醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的氣泡檢測(cè)技術(shù)轉(zhuǎn)化為負(fù)壓液冷技術(shù)漏氣檢測(cè)可用的技術(shù)形態(tài)。該方案通過(guò)將氣泡傳感器安裝于節(jié)點(diǎn)回液管路，實(shí)時(shí)檢測(cè)氣泡信號(hào)，在管路中產(chǎn)生氣泡后，傳感器輸出告警信號(hào)，BMC輪巡獲取告警信號(hào)，將漏氣報(bào)警信息及時(shí)上傳監(jiān)控系統(tǒng)，并告知運(yùn)維人員，可以快速確定漏氣的節(jié)點(diǎn)，提高檢測(cè)效率。

回頭來(lái)看，無(wú)論是方案邏輯、關(guān)鍵部件以及適應(yīng)性設(shè)計(jì)與技術(shù)難點(diǎn)解決等方面的探索與嘗試，其實(shí)僅僅只是浪潮信息在攻克自研液環(huán)式真空CDU技術(shù)中，堅(jiān)持不斷創(chuàng)新的一個(gè)“縮影”，而浪潮信息這種不斷突破自我的價(jià)值體現(xiàn)在，其在冷板式液冷技術(shù)領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)全新的“革命”，讓液冷系統(tǒng)安全從過(guò)去的“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”實(shí)現(xiàn)了向“主動(dòng)防御”的轉(zhuǎn)變，相信將大大推動(dòng)液冷產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

技術(shù)創(chuàng)新引發(fā)蝴蝶效應(yīng)

值得一提的是，浪潮信息自研的液環(huán)式真空CDU技術(shù)還帶動(dòng)了冷板部件領(lǐng)域的創(chuàng)新。

在冷板式液冷技術(shù)領(lǐng)域，冷板流阻是系統(tǒng)流阻的重要組成部分，特別是在液環(huán)式真空CDU技術(shù)中，由于省去了水泵提供的動(dòng)力，液環(huán)式真空CDU系統(tǒng)中僅依靠真空泵形成負(fù)壓所提供的動(dòng)力較小，如果冷板流阻過(guò)高，可能導(dǎo)致無(wú)法克服系統(tǒng)流阻，從而影響冷卻液的穩(wěn)定流動(dòng)。

為了徹底化解這一問(wèn)題，浪潮信息希望通過(guò)冷板部件的創(chuàng)新來(lái)降低其流阻。目前市場(chǎng)中能夠提供的冷板類(lèi)型通常是鏟齒形液冷板，這種冷板由若干直通道組成，通道尺寸較小、密度較高，散熱面積較大，雖然也具有較好的散熱效果，但同時(shí)鏟齒形液冷板的流阻相對(duì)較大，這就形成了一種“魚(yú)和熊掌不可兼得”的難題。

為了突破這一挑戰(zhàn)，找到一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)，浪潮信息在冷板部件創(chuàng)新之初，確定了兩條設(shè)計(jì)原則：一方面，通過(guò)增大通道尺寸的方式，降低流阻，并設(shè)計(jì)特殊通道結(jié)構(gòu)，通過(guò)擾流的方式來(lái)提高換熱效率；另一方面，采用精準(zhǔn)散熱策略，在散熱重點(diǎn)區(qū)域強(qiáng)化散熱，非重點(diǎn)區(qū)域降低流阻。

在此基礎(chǔ)上，浪潮信息還通過(guò)大量的仿真分析研究，對(duì)比了多種技術(shù)路線，最終優(yōu)選出疏密疏通道、減翅增肋這兩種低流阻冷板設(shè)計(jì)方案，相對(duì)于傳統(tǒng)鏟齒形直通道冷板，低流阻冷板設(shè)計(jì)方案流阻更小，且又能較好地維持冷板的散熱性能；而與直通道相比，采用疏密疏通道以及減翅增肋方案均可將溫差控制在大約1℃以內(nèi)，且均可有效降低冷板的流阻。

在浪潮信息看來(lái)，目前冷板部件方面的創(chuàng)新應(yīng)用仍有較大的空間，還可以在節(jié)能減排方面實(shí)現(xiàn)更大的突破，比如低流阻冷板的創(chuàng)新設(shè)計(jì)同樣可以應(yīng)用在當(dāng)前普遍的正壓液冷系統(tǒng)中。目前在正壓冷板液冷領(lǐng)域中，還在大量采用鏟齒型液冷板的方式，但鏟齒型液冷板的流阻過(guò)高，也意味著會(huì)消耗更多的電能，而浪潮信息設(shè)計(jì)的低流阻冷板方案，如果未來(lái)廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)的正壓冷板領(lǐng)域，同樣也以有效地降低CDU循環(huán)泵的功耗，由此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排。

總的來(lái)說(shuō)，如果站在今天看過(guò)去，每一次技術(shù)的創(chuàng)新，都可能是一場(chǎng)“蝴蝶效應(yīng)”的開(kāi)始。而現(xiàn)在，在液冷技術(shù)領(lǐng)域，以浪潮信息為代表的中國(guó)科技企業(yè)，也正在通過(guò)自研液環(huán)式真空CDU技術(shù)，以及低流阻冷板方案等技術(shù)創(chuàng)新，不僅為整個(gè)液冷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更優(yōu)的技術(shù)和方案，同時(shí)也為液冷產(chǎn)業(yè)未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)辟出了全新的視野，相信浪潮信息這一系列的探索與實(shí)踐，將為數(shù)據(jù)中心走向綠色低碳提供更加可靠的支撐，更為千行百業(yè)的數(shù)字化和智能化高質(zhì)量發(fā)展提供更為堅(jiān)實(shí)的保障。