亚太区智算中心液冷应用现状与技术演进白皮书-中国电信_深知社-2024-98页_5mb

亚太区智算中心液冷技术应用现状与技术演进白皮书总结

致谢部分特别鸣谢中国电信国际公司管理层及多位行业专家对白皮书撰写的支持。

智算产业发展趋势与液冷需求

2024年被视为数据中心液冷元年。随着AI芯片（尤其是NVIDIA系列GPU）算力的飞速提升，其热设计功耗（TDP）也快速攀升，如英伟达从P100到B100芯片的能耗下降了45,000倍，这对数据中心散热提出更高要求。智算中心的规模部署、高功率密度（如NVL72机柜达132kW）及能效挑战（PUE约为1.5）加剧了这一需求。同时，芯片训练场景的能源消耗巨大，推动数据中心向液冷转型。

亚太地区数据中心发展概况

亚太地区数据中心市场热度高涨，2024年上半年运营容量接近12GW，新增供应约13GW。中国大陆、日本、印度、澳大利亚和新加坡为成熟市场，马来西亚、香港等地增速显著。然而，该地区普遍存在高温高湿环境（湿球温度可达30℃以上），使自然冷却应用受限，迫使更多数据中心依赖机械制冷，导致PUE偏高。

液冷技术架构与应用

主要液冷技术

• 冷板式：不直接接触发热元件，通过铜铝冷板导热，适用于改造项目。
• 浸没式：将发热元件完全浸没在冷却液中，分为单相和两相浸没。
• 喷淋式：冷却液直接喷淋发热元件，传输效率高，但应用场景较少。

风液混合架构

在液冷应用中，风液混合架构逐渐成为主流方案，尤其是冷板式液冷，可灵活配置风冷与液冷比例，适用于各类功率密度场景。风液同源架构（共享冷源，适应风液比波动）与风液独立架构（独立冷源，适合业务固定的场景）构成主流部署模式。

液冷部署方案与挑战

架构设计建议

根据业务需求分两类场景应用：

1. 大型智算中心：
   采用冷板式液冷与风液融合架构，推荐使用带自然冷模块的一体化冷源系统，利用率高，且支持弹性部署。

2. 中小型智算中心：
   由于部署灵活、成本敏感，多采用浸没式或冷板式液冷，并与预制化方案结合，兼顾快速部署与能效目标。

常见方案示例

• 液冷微模块：将液冷、配电、散热、监控等功能集成，部署快捷。
• 预制模块化机柜：如冷板式整机柜、液冷集装箱，适应偏远及户外环境。

运维与改造要点

• 改造必要性：传统风冷数据中心需引入液冷以满足节能降耗目标（节省20%-30%能源）。
• 运维挑战：需研发应急响应机制，关注系统冗余性与冷却液管理（水质、循环压力）。
• 运维策略：关键设备（泵、CDU）采用N+1冗余，设置快速补液与模块化管理机制，预判漏液风险。

技术演进与未来趋势

• 能效提升：随着芯片热密度不断增加，风冷与液冷进一步融合，如模块化负压CDU可降低泄漏风险。
• 创新技术：
  • 两相泵驱系统：提高单机柜热密度至200kW以上。
  • 混合液冷：如NVIDIA与OVHcloud所提出的方案，结合冷板与浸没式优势。
• 标准化与生态协同：业界逐渐形成标准化接口规范，推动液冷设备模块化、预制化，降低部署与维护成本。

总结

本次白皮书系统梳理了亚太区智算中心面临的热管理挑战，明确了液冷技术的实施路径与架构选择原则。从技术架构到实施方案，本白皮书旨在助力亚太地区数据中心行业加快液冷时代的转型步伐，为推动碳中和与智能算力基础设施建设提供科学指引。未来，人工智能芯片热管理需求将持续引领液冷技术演进，最终实现节能、高效、低碳的数据中心生态系统。