2024-12-01-中国电信-亚太区智算中心液冷应用现状与技术演进白皮书_98页_5mb

亚太区智算中心液冷应用现状与技术演进白皮书总结

核心内容概述

本白皮书全面分析了亚太地区智算中心液冷技术的应用现状与技术演进趋势，重点探讨了液冷技术在应对智算中心高能耗、高功率密度、高水资源消耗等方面的挑战，以及其在提升数据中心能效和可持续性方面的潜力。白皮书还介绍了液冷技术的主流架构、热捕获方式、冷源选择及风液混合制冷系统的应用。

主要观点

1. 智算产业发展与液冷技术的机遇与挑战

   • GPU芯片的快速发展带来了巨大的算力提升，但也伴随着更高的能耗和散热需求。
   • 随着智算中心规模的扩大，机柜的功率密度迅速上升，传统的风冷技术难以满足需求。
   • 智算中心的能效（PUE）和水资源利用率（WUE）成为制约其发展的重要指标。
   • 液冷技术可以显著降低PUE和WUE，是未来智算中心制冷技术的主流发展方向。

2. 亚太地区智算中心的发展

   • 亚太地区数据中心市场在2024年上半年呈现快速增长，运营容量接近12GW，新增供应量约1.3GW。
   • 日本、新加坡、马来西亚等国家和地区成为智算中心发展的重点区域，其中马来西亚成为增长最快的市场。
   • 东南亚地区由于高温高湿的气候条件，对制冷系统提出了更高要求，自然冷源的利用有限，需依赖机械制冷。

3. 液冷主流技术路线及架构分析

   • 液冷技术主要包括冷板式、浸没式和喷淋式三种热捕获方式。
   • 冷板式液冷适用于大多数场景，具备较高的兼容性和成熟度，但需注意冷却液的防腐与维护。
   • 浸没式液冷具有更高的散热能力和能效，但面临较高的成本与维护难度。
   • 喷淋式液冷适合小型高热数据中心，但应用案例较少，产业链尚未完善。
   • CDU（冷量分配单元）是液冷系统的核心组件，根据换热方式分为L2L、L2A、R2L、R2A、R2R等类型，分别适用于不同的冷却介质和部署需求。

4. 冷源选择

   • 冷源主要包括自然冷源（如冷却塔、干冷器、泵驱两相系统）和机械冷源（如风冷冷水机、水冷冷水机、磁悬浮相变系统）。
   • 冷源的选择需综合考虑一次侧供液温度、气候条件、水资源情况、能效、经济性及建筑形式等因素。
   • 机械冷源能够提供更低的供液温度，适用于高功率密度场景，但成本较高。

5. 风液混合制冷架构

   • 风液混合制冷是当前智算中心液冷应用的必由之路，结合液冷与风冷的优势，提高整体制冷效率。
   • 风液同源架构和风液独立架构是两种常见的风液融合架构，前者通过双冷源空调实现灵活的供冷模式，后者则通过独立的风冷和液冷系统提高能效。
   • 冷机作为一次侧冷源，能够应对未来高功率芯片的需求，提供稳定的低温供液。

关键信息

• 液冷技术的适用条件：当芯片TDP > 300W，机柜功率密度 > 40kW时，推荐使用液冷技术。
• 冷板式液冷：是当前应用最广泛的液冷技术，适用于旧数据中心改造和大规模部署。
• 浸没式液冷：适用于高性能计算场景，但面临较高的成本与维护难度。
• 喷淋式液冷：适用于小型高热数据中心，但应用案例较少，产业链尚不成熟。
• 冷源选择：机械冷源适合高功率密度场景，自然冷源适合低温环境，原有精密空调可用于液冷改造。
• 风液混合制冷架构：通过结合风冷和液冷，提升整体制冷效率和能效，是未来智算中心发展的主流方向。
• CDU类型与安装方式：CDU的类型和安装方式直接影响系统的能效、维护成本和适用场景。
• 液冷系统的预制化：随着数据中心的标准化和模块化，液冷系统的预制化成为趋势，如一体化液冷机柜、液冷微模块等。
• 液冷改造：冷板式液冷因其兼容性好，成为液冷改造的首选方案，支持灵活的功率适配和高可用性。

技术演进趋势

• 液冷技术正在从科研场景向大规模商用场景演进，尤其在AI算力需求激增的背景下。
• 随着芯片功率密度的提升，液冷系统需要更高的能效和更低的PUE、WUE。
• 风液混合制冷架构将逐渐成为主流，结合自然冷源和机械冷源，实现更高的灵活性和能效。
• 液冷系统的预制化和模块化将推动数据中心建设的标准化，降低部署成本。
• 未来液冷技术可能向更高效的冷却介质（如氟化液）和更先进的冷却方式（如两相冷却）演进，提升系统整体性能和可持续性。

总结

本白皮书为亚太地区智算中心液冷技术的应用提供了全面的技术分析和应用建议，强调了液冷技术在应对高功率密度、高能耗和水资源消耗方面的优势。同时，也指出液冷技术在产业链成熟度、运维复杂度和成本方面的挑战。随着AI和智算需求的持续增长，液冷技术将在未来数据中心建设中扮演更加重要的角色，风液混合制冷架构将成为主流选择。