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    双碳战略下的数据中心变局 英特尔携手浪潮探索服务器高效节能

      [  中关村在线 原创  ]   作者:十一

           自国家提出了“2030年碳达峰,2060年碳中和”的双碳战略目标之后,就备受能源、制造等各行业关注,以能源业为例,一方面要提高能源效率,控制能源消费总量,另一方面要大力推动清洁能源发展,除此之外还需要积极发展减排技术,助力传统能源的低碳利用。只有在市场、技术以及政策保障的支持下才能实现产业的全面碳中和,这对企业来说是机遇也是挑战。

           同样的现象也在数据中心产业上演,即便不考虑疫情带来的催化作用,数字化的进程也早就势不可挡。新基建、数字经济等概念使得数据成为当下最重要的生产资料,驱动着整个社会向智能时代演进,但要想挖掘数据的深层价值,就势必要提高计算能力,而算力的发展也带动了服务器数量的增长,最终使得数据中心成为了现阶段最知名的高能耗大户之一。据工信部测算,2020年,数据中心耗电量年复合增长率达到17%,年耗电量约为2045亿千瓦时。如何在高速发展的同时,实现碳中和目标,是数据中心上下游产业需要共同思考的问题。

           近日,英特尔携手浪潮进行了节能减排案例分享会,在分享会上双方阐释了在数据中心领域节能减排的诸多合作和举措。英特尔作为领先的科技企业,秉持对可持续发展的长期承诺,坚持与合作伙伴推进“绿色、节能”的解决方案以促进可持续发展。作为一家老牌服务器厂商,浪潮在节能降碳方面一直在努力。具体来说,浪潮在2010年成立了数据中心事业部,并先后提出“集装箱数据中心”和“微模块数据中心”的概念,前者提供了快速搭建、快速成型、适应各种条件的基础设施环境的能力,而后者模块化集成了高能效供电及制冷设备,提供更高能效的一体化解决方案。

           除了提供可以更快部署的产品以外,浪潮也在对数据中心内部的部件,包括空调、UPS、监控等部件进行节能降耗的工作。以工商银行为例,浪潮为其提供的预制化集装箱数据中心,通过利用高压直流供电技术和太阳能储能发电技术,实现了能耗的大幅降低,在纯风冷的条件下也实现了较好的节能效果。

             “对于服务器而言,实现双碳战略目标并不是指生产力和算力不再提高,而是在在保证计算力提升的情况下控制功耗在一定水平下,利用新能源、融合新技术促进能耗不断的下降,或者计算力提升的情况下能耗不提升。”浪潮AL&HPC产品部副总经理赵帅在接受采访时表示,“浪潮在数据中心事业部拥有专门的部门做数据中心基础设施方面的工作,除此之外,我们在服务器研发合作中所采用的英特尔新技术,搭载服务器生产、制造的新工艺和设计,让我们整个服务器的性能功耗比达到更好的水平,这些都是浪潮与英特尔在做的工作”。

           之所以选择与英特尔合作,一方面是由于英特尔在数据中心的深厚实力,另一方面也和英特尔去年发布的2030年RISE战略密不可分:通过履责(Responsible)、包容(Inclusive)、可持续(Sustainable)、赋能(Enabling)共计四方面,实现100%使用绿色能源、节能、减排、提升产品能源效率、实现水资源全部有效利用,并实现零废弃物填埋总量的六个目标。双方的紧密合作,正是在碳中和背景下节能减排的最佳实践。

           以英特尔2015年之后发布的CPU为例,提供了功率控制设定的调优空间,可以把整个处理器部分核心的频率进行优化,从而使得浪潮可以对外提供面向不同负载的公有云业务的服务器。另外英特尔也会开放非常多的服务器微架构,包括微代码的信息给浪潮,使得浪潮在主板设计研发过程中能达到更好的匹配度,从而更好地在更低功耗的情况下把性能发挥的更高。硬件方面,英特尔也与浪潮一起做了很多针对高电源转换效率、主板供电稳定性、电源芯片、风道设计、散热器处理等方向的研究,从而促进节能减排的效果。

           除了硬件,在软件方面,英特尔也与浪潮合作开发了针对服务器管理和维护的带外管理软件包,通过业务属性人为或智能调配服务器的使用策略,更好的降低整体服务器甚至整机柜的功耗,并最终提升整个数据中心的资源利用率,避免造成资源浪费。

           “浪潮跟英特尔在最开始做服务器的合作就十分密切,到现在我们每年都可以最早一批地拿到英特尔新一代处理器,包括英特尔也会为我们开放非常多的底层技术和代码,让我们能够更好对这些技术做预研,这是浪潮和英特尔参与最早的方式,通过这种技术的预研和方式,我们就能够在服务器设计、整机群的管理、整体系统的设计方面能够跟英特尔CPU的匹配度达到一个最佳的程度,浪潮现在在很多款主流型号上已经成为了英特尔的早期设计、推荐设计,彼此之间紧密的技术合作使得浪潮能在设计服务器之初就提供良好的性能功耗比”。赵帅总结道。

           但从整个数据中心产业来看,PUE的降低成为了衡量数据中心节能降碳的重要指标。无论是国家引导企业往低PUE的数据中心迁移或是对新建数据中心的PUE要求,还是“东数西算”的创新计算方式,都对数据中心的PUE提出了新要求,也让业界探索降低整个数据中心PUE的新方式。

           而液冷,就是其中相当重要的一环。

           浪潮自2018年以后便投身液冷数据中心的建设,为百度、字节跳动、京东、腾讯提供了不少技术支持。包括订购整机柜或者高密式的液冷服务器,通过冷板、高温水实现整体PUE的降低。通过对液冷的应用,可以使得CPU的运行温度更低,使CPU的空位始终维持在最佳的性能水平。同时,由于与英特尔的合作,可以使得服务器主板具备调整CPU电压的能力,可以让CPU在不超过设计TDP的同时运行在更高的频率下,结合液冷的使用将性能再次提高10%-15%。

           相对风冷,液冷是不受海拔限制的。例如中科院在稻城亚丁的一个数据中心,由于其位置海拔较高,普通风冷无法满足CPU的散热要求,而通过冷板式液冷的方式,控制液体流量将CPU的热量带走,达到很好的均衡降温效果,并且实现无人值守。

           此外,整个冷板式液冷单节点增加的成本不是特别高,随着液冷的规模越来越大,冷板、管路的整个成本也会降到很低的水平,即便初期建造成本比风冷高15%左右,但由于风扇功耗的降低以及用电量的减少,可以使液冷的TCO达到非常好的水平。

           但罗马非一日建成,整个数据中心全部向液冷迁移也面临着不少困难,要知道液冷的概念其实也并非新鲜,但普及尚需时日。其中一个相当重要的问题就是传统机房的改造。首先是液冷需要大孔径管道的铺设,以便通过液冷分配单元分配到每个机位冷却分配的核心部件上去;其次是液冷需要做流量控制,所以地板下的铺线高度也与传统风冷大不相同,这导致了液冷数据中心需要更高的层高来建设。

           为了使传统数据中心平滑向液冷数据中心过渡,浪潮也提供了风液式解决方案,通过提供搭载英特尔最新处理器的服务器,在外部采用风液式解决方案,让热量通过冷却液运输到CDU里的换热单元里面,通过CDU内的风扇将热量再吹到环境里,一方面使处理器的温度、性能功耗比达到提升,另一方面可以在不改动机房的前提下实现数据中心的节能。

           赵帅认为,现阶段来说,虽然机房供电改造可以提高单位密度节点的需求。但随着智能计算中心概念的提出以及政策的引导,大企业会逐渐向自建液冷数据中心方向靠拢,小企业则会转移到云端,而其他企业会越来越多地进行机房的改造以全面拥抱液冷。在这个过程之中,提高电源转换效率的技术会是良好的过渡方式,因此浪潮的服务器也全面适配了交流和直流的双输入供电方式。

           除了冷板式液冷,全浸没式液冷也是液冷技术方向的一个重要分支,但从现有的应用情况来看,冷板式液冷的普及率要大于全浸没式液冷,原因不外乎在于后者元器件的要求以及维护难度都要远远大于前者。对于全浸没式液冷来说,冷却液的挥发、元器件的稳定性、服务器的维护都需要长时间的技术研发与试错。而冷板液冷现在多采用单向冷板,同时也有负压冷板、两相冷板等技术方向。赵帅表示,现阶段很难判断哪个技术方向最终会成为主流,全浸没式液冷与冷板式液冷都有很大的发挥空间,浪潮也会针对这些技术方向提供相应的产品。

           当绿色节能已经成为企业所承担的重要使命和责任时,诸如浪潮这样的服务器生产厂家,每次通过与英特尔的合作,在生产设计环节为服务器降低10W的功耗,都会惠及整个互联网基础设施,从而助力数据中心产业节能减排的早日实现,为我国碳达峰碳中和目标的实现做出积极贡献。

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